doi: 10.52899/24141437_2025_03_303
УДК: 621.43 6.3

Исследование влияния формы впускного клапана с различным числом спиральных направляющих (лопастей), при изменении температуры в цилиндре судового малоразмерного двигателя Ч8,5/11

Курбанов А. З., Вагабов Н. М., Егоров В. В., Санаев Н. К.
Язык статьи: русский
Ссылка для цитирования: Курбанов А.З., Вагабов Н.М., Санаев Н.К., Егоров В.В. Исследование влияния формы впускного клапана с различным числом спиральных направляющих (лопастей), при изменении температуры в цилиндре судового малоразмерного двигателя Ч8,5/11// Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. 2025. Т. 4, № 3. С. 303–316. DOI: 10.52899/24141437_2025_03_303 EDN: QHFENA

Аннотация

Актуальность. Обзор литературы показывает, что изучение распределения температуры и влияния давления является важной основой для проектирования наиболее износостойких и долговечных клапанов, и существенно влияет на выбор материалов для их изготовления. Изучение распределения температуры внутри клапанов при давлении, оказываемом на них во время работы двигателя, экспериментально является очень трудоемкой и затратной задачей. Такие расчеты необходимо выполнять с помощью программного обеспечения, которое позволяет учесть определенные прикладываемые нагрузки в зависимости от угла поворота коленчатого вала двигателя на исследуемом образце. Цель работы. Объектом исследования являлся клапан судового малоразмерного двигателя заводского изготовления и такие же клапаны с измененной конструкцией, добавлением спиральных направляющих (ширм, лопастей), для изучения влияния температуры, оказываемых на них в зависимости от поворота коленчатого вала. При этом материал конструкции оставался однородным во всех исследуемых клапанах. Методика. Для выполнения поставленных задач был использован метод конечных элементов, реализованный в программе Ansys, с помощью которой был проведен нестационарный термомеханический расчет клапанов различных конструкций с однородным материалом на примере клапана судового малоразмерного двигателя Ч8,5-11, с последующим анализом полученных результатов, их изучение и сравнение. Для удобства решения исследование было разбито на две части. В данной части проводятся изучение влияния температуры в процессе работы судового малоразмерного двигателя Ч8,5/11, в будущей, изученные температурные поля будут передаваться в испытываемое клапанами давление в цилиндре судового малоразмерного двигателя. Результаты. На данном этапе при использовании метода конечных элементов, были построены и визуализированы температурные поля клапанов различных конструкций, рассчитана плотность теплового потока, а также проанализировано значение имеющихся на клапанах спиральных направляющих в зависимости от температуры. Поскольку расчет был нестационарным, для исследования судового малоразмерного двигателя были выбраны максимальные испытываемые температурные напряжения, действующие на клапаны в процессе эксплуатации. Выводы. В результате проведённого моделирования были получены данные по распределению температуры внутри тарелок исследуемых клапанов, из стали 40Х, которую имеется возможность просмотреть в любой момент исследуемого интервала. При изучении теплового потока в клапанах разных конструкций было выявлено, что тепловой поток увеличился в клапане с 3 лопастями = 283,12 Вт/мм2, а в конструкции с 6 лопастями = 281,49 Вт/мм2. Ключевые слова: Ansys; температура; напряжения; метод конечных элементов; качество; производительность; моделирование; проектирование; судовой; двигатель; клапан; лопасть; судовой малоразмерный двигатель.

Список литературы

1. Румб В.К. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Конструирование, расчёты прочности, износостойкости, долговечности. М., Вологда: Инфра-Инженерия, 2024.
2. Санаев Н. К., Тынянский В. П., Алимов С. А. Новая конструкция всасывающего клапана газораспределительного механизма судового малоразмерного дизеля // Вестник машиностроения. 2011. № 12. EDN: NCKLEN
3. Pandey A., Mandloi R.K. Effects of High Temperature on the Microstructure of Automotive Engine Valves // Int. Journal of Engineering Research and Applications. 2014. Vol. 4, N. 3 P. 122–126.
4. Дмитриев С.А., Хрулёв А.Э. Особенности моделирования температурного состояния впускных клапанов ДВС в задачах поиска причин неисправности // Проблеми тертя тазношування. 2019. № 1 (82). doi: 10.18372/0370 2197.1(82).13485 EDN: ITEIKZ
5. Cerdoun M., Khalfallah S., Beniaiche A., Carcasci C. Investigations on the heat transfer within intake and exhaust valves at various engine speeds // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2020. Vol. 147. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2019.119005
6. Keerthi Kumari Patnaik, Rao P.V. Effect of Curved Blade on Induction Swirl of an IC Engine CFD Analysis // JETIR. 2019 Vol. 6, N. 1.
7. Галиев И.Р., Максимов Д. С. Влияние формы впускного клапана на характеристики воздушного вихря в цилиндре судового двигателя. В кн.: Научно-технический сборник российского морского регистра судоходства № 76. Санкт-Петербург, 2024. С. 96–105. EDN: IFYSSY
8. Руководство по эксплуатации. Дизели ч8,5/11 и ч9,5/11. М.: Внешторгиздат, 1975.
9. Санаев Н.К. Судовые малоразмерные дизели: конструкторско- технологические аспекты обеспечения технического уровня. Санкт- Петербург: Политехника, 2010. EDN: QNWLFR
10. Кавтарадзе Р.З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях: учебник для вузов. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016. EDN: ZCOGVL
11. Овчинников С. В. Введение в теорию теплообмена: Теплопроводность в твёрдых телах. Саратов: СГУ им. Н.Г. Чернышевского, 2015.