Бесшатунного силового механизма баландина
Объект исследования: бесшатунный силовой механизм Баландина.
Результат исследования: проанализированы перспективы и возможности применения бесшатунного силового механизма Баландина.
Бесшатунная схема двигателей имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с кривошипно-шатунной схемой.
Отсутствие шатунов и прямолинейное движение поршневых штоков позволяют уменьшить размеры картера и максимально приблизить к валу цилиндры, благодаря чему значительно уменьшаются поперечные габаритные размеры двигателя.
Вследствие уменьшения размеров картера поперечные габариты бесшатунного двигателя уменьшались примерно в 2 раза по сравнению с двигателем М-11.
При бесшатунном механизме, благодаря особенностям его кинематики, конструктивно просто осуществляется двусторонний рабочий процесс в цилиндрах, что позволяет почти вдвое эффективнее использовать рабочий объем цилиндров.
В бесшатунных двигателях силы давления газов противолежащих цилиндров, действующие на поршни, замыкаются в системе поршни – шток, и на штоковую шейку коленчатого вала передается только их разность. В связи с тем, что оба поршня вместе со штоком и ползуном движутся как одно целое, их суммарная сила инерции вблизи крайних положений поршней всегда направлена против силы давления газов на один из поршней, что существенно уменьшает результирующую силу РΣ,нагружающую звенья механизма.
Благодаря этому кинематические пары бесшатунных двигателей имеют меньшую нагрузку и соответственно меньшие потери па трение, чем кривошипно-шатунные двигатели.
Наиболее благоприятное сочетание сил давления газа и сил инерции для получения минимального нагружения кинематических пар силового механизма достигается в бесшатунных двигателях при двухтактном цикле и двустороннем рабочем процессе в цилиндрах.
Следует также отметить, что в бесшатунных двигателях двойного действия или работающих по двухтактному циклу кинематические пары механизма дополнительно разгружаются при повышении противодавления выпуска, если при этом давление наддува и максимальное давление цикла остаются без изменения.
Для бесшатунных двигателей требуются в 2,5…3 раза мéньшие водомасляные и примерно в 1,5 раза мéньшие воздушные радиаторы, и соответственно уменьшается мощность, затрачиваемая на охлаждение двигателей.
Кроме того, высокий механический КПД бесшатунного двигателя позволяет повысить быстроходность двигателей и получить более высокий уровень мощностных, габаритных и массовых параметров поршневых двигателей.
Таким образом, при бесшатунной схеме двигателя можно получать значительно бóльшие мощности, чем могут иметь современные быстроходные кривошипно-шатунные двигатели соответствующего класса.
Следовательно, можно выделить положительные качества, свойственные бесшатунному двигателю:
1. Возможность осуществления двустороннего процесса в цилиндрах при малых габаритных размерах и высокой быстроходности;
2. Мéньшая нагруженность силового механизма при заданной мощности;
3. Малая вероятность пропуска газов из цилиндра двойного действия в картер при высоком максимальном давлении цикла.
Материал поступил в редколлегию 02.04.2017
УДК 621.438
Ужачкин К.А.
Научный руководитель: доцент кафедры «Тепловые двигатели», к.т.н. В.Т.Перевезенцев
УНИФИКАЦИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ УПЛОТНЕНИЙ
В ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ
Объект исследования: варианты конструктивного исполнения уплотнений в газотурбинных двигателях.
Результаты, полученные лично автором: было предложено уплотнение для унификации.
Унификация – один из основных видов стандартизации – направлена на рациональное сокращение номенклатуры и приведение к единообразию изделий, сходных по назначению и незначительно различающихся по конструктивным параметрам и размерам.
Различают следующие виды унификации:
– внутриразмерная (внутривидовая) – унификация всех модификаций определенного изделия с базовой моделью внутри одного типоразмера;
– межразмерная (межвидовая или межпроектная) – унификация изделий различных типов и из различных параметрических рядов.
Основные цели унификации в области машиностроения:
– сокращение сроков разработки, подготовки производства, изготовления, проведения технического обслуживания и ремонта машин;
– создание условий для обеспечения высокого качества машин и взаимозаменяемости их элементов;
– снижение затрат на проектирование и изготовление.
Одним из перспективных направлений повышения эффективности газотурбинных двигателей является совершенствование и унификация уплотнений в турбинах, компрессорах и нагнетателях. Считается, что инвестиции в разработку уплотнений в несколько раз эффективнее, чем вложения в пересмотр конструкции, даже без учета повышения ремонтопригодности и сокращения затрат на ремонт и техническое обслуживание. В настоящее время широкое распространение получили сотовые уплотнения в проточной части и по валу в газовых турбинах, компрессорах, нагнетателях и насосах.
| Рис.1 Схема унифицированного уплотнения |
Предложенная схема подходит для большого количества отечественных газоперекачивающих агрегатов мощностью 10, 16, 25 МВт и для зарубежной установки ГТК25-И. Таким образом, унификация уплотнений приводит к положительным изменениям при создании ГПА как со стороны технологии так и экономики, что может помочь в реализации программы импортозамещения, причем с применением современных технологий. Дальнейшие исследования должны быть направлены на модельные испытания различных конструкций сотовых уплотнений, обоснования унификации элементов уплотнения, технологии изготовления, подбора материалов, совершенствования методов ремонта унифицированных сотовых уплотнений для определенного ряда газоперекачивающих агрегатов.
Материал поступил в редколлегию 04.04.2017
УДК 621.438
А.В. Фомин, О.Д. Королев
Научный руководитель: доцент кафедры «Тепловые двигатели»,
В.М. Шкодин