doi: 10.52899/24141437_2025_04_431
УДК: 621.43 6.3

Изучение влияния нагрузок в цилиндре судовых малоразмерных дизелей на клапаны разных конструкций с применением динамического термомеханического расчета

Курбанов А. З., Вагабов Н. М., Санаев Н. К., Егоров В. В.
Язык статьи:
Ссылка для цитирования: Курбанов А.З., Вагабов Н.М., Санаев Н.К., Егоров В.В. Изучение влияния нагрузок в цилиндре судовых малоразмерных дизелей, на клапаны разных конструкций с применением динамического термомеханического расчета // Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. 2025. Т. 4, № 4. С. 431–443. DOI:10.52899/24141437_2025_04_431 EDN: FTWLPY

Аннотация

Актуальность. В современных конструкциях судовых малоразмерных дизелей актуальной задачей является поиск способов получения наиболее качественной смеси, совершенствование деталей, с целью повышения их экономичности, долговечности, экологичности, конкурентоспособности. Цель — Объектом изучения становится клапан заводского исполнения судового малоразмерного дизеля и клапан с измененной конструкцией с добавлением спиральных направляющих (лопастей, ширм) с целью анализа влияния на них испытываемых нагрузок, оказываемых в цилиндре двигателя от поворота коленчатого вала, на примере судового малоразмерного дизеля Ч8,5/11. Материал конструкции оставался при этом однородным. Методы. Для выполнения поставленных в работе задач использован метод конечных элементов, реализованный в программе Ansys, где проведен нестационарный термомеханический расчет клапанов различных конструкций с однородным материалом на примере клапана судового малоразмерного дизеля Ч8,5/11, где температурные поля, изученные ранее, передавались в испытываемое клапаном давление, с последующим анализом полученных результатов, их изучением и сравнением. Результаты. В ходе исследования методом конечных элементов были рассчитаны и визуализированы параметры суммарных деформаций и рабочих напряжений, вычислен фактический коэффициент запаса прочности, а также проанализировано значение имеющихся на клапанах спиральных направляющих. Поскольку расчет был нестационарным, для исследования судового малоразмерного дизеля были выбраны максимально испытываемые напряжения на клапаны в процессе эксплуатации. Заключение. Исходя из полученных данных, можно установить, что общая деформация практически никак не меняется при изменении конструкции клапана, при этом рабочее напряжение заметно возросло и достигло своего максимума на клапане с шестью лопастями. Полученные значения и визуализация программы показывают, что фактический коэффициент запаса прочности клапанов с лопастями значительно снижается. Ключевые слова: программа; деформация; напряжения; метод конечных элементов; качество; производительность; моделирование; проектирование; температура; давление; клапан; лопатка; СМД.

Список литературы

1. Lijun D., Meng H., Qiangzhi X., et al. Numerical analysis of valve structure of high-power marine engine // Brodogradnja Shipbuilding. 2021. Vol. 72, N. 2. P. 115–126. doi: 10.21278/brod72207 EDN: QVNLNG
2. Basha D.H., Reddy B.V.A., Hussain P., Reddy P.M. Design and analysis of IC engine enginevalves using ansys. Department of mechanical engineering svr Engineering College, Nandyal // Journal of Engineering Science. Vol. 10, N. 11.
3. Дёмин О.В., Буланов В.Е. Механика: основы расчётов на статистическую прочность элементов конструкций. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2009.
4. 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 (СМД) Ч8,5/11 // Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. 2025. Т. 4, № 3. C. 303-316. doi: 10.52899/24141437_2025_03_303
5. Martial Crozet, Yves Berthier, Aurélien Saulot, David Jones, Benyebka Bou-Saïd. Valve-seat components in a diesel engine: a tribological approach to limit wear. Mechanics & Industry 22, 44 (2021) Accepted: 19 September 2021. doi: 10.1051/meca/2021043 EDN: UGNGXD
6. Макаров Е.Г. Метод конечных элементов в прочностных расчетах. СПб: Балт. гос. техн. ун-т, 2017.
7. Руководство по эксплуатации. Дизели ч8,5/11 и ч9,5/11. М.: Внешторгиздат.
8. Санаев Н.К. Судовые малоразмерные дизели: конструкторскотехнологические аспекты обеспечения технического уровня. СПб.: Политехника, 2010. EDN: QNWLFR 442 DOI: https://doi.org/10.52899/24141437_2025_04_431 Transactions of the Saint Petersburg State MECHANICAL ENGINEERING Vol. 4 (4) 2025 Marine Technical University
9. Справочные таблицы: Справочное пособие для практических занятий по дисциплине «Сопротивление материалов». Тольятти: ТГУ, 2006.
10. Gawale S.S., Shelke S.N. Department of mechanical engineering, GES’s R. H. Sapat COE, Nashik-422005, Maharashtra, India. Diesel Engine Exhaust Valve Design конструированиand Optimization // IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering (IOSR-JMCE). 2016. Vol. 13, N. 4. P. 85–93.
11. Шалумов А.С., Ваченко А.С., Фадеев О.А., Багаев Д.В. Введение в ANSYS: прочностной и тепловой анализ. Ковров: КГТА, 2002.
12. https://www.gmzmetal.ru/ Дата обращения: 02.06.2025.
13. Дизели типа Ч8,5/11 и Ч9,5/11 [internet] Режим доступа: http://www.propulsionplant.ru/dvigateli/dizelnye-dvigateli/zavod-dagdizel/ dizeli-tipa-ch8511-i-ch9511.html Дата обращения: 02.06.2025.