Дослідження впливу частоти обертання суднового двигуна на запас міцності поршня

Abstract

Метою даної кваліфікаційної роботи є оцінка впливу частоти обертання колінчастого вала на робочий процес і запас міцності поршня суднового дизельного двигуна на прикладі двигуна Wärtsilä 9L32/40, а також визначення раціональних режимів його роботи з точки зору надійності та міцності. Об’єкт дослідження – робочі процеси та динамічні навантаження суднового чотиритактного дизельного двигуна Wärtsilä 9L32/40. Предмет дослідження – напружено-деформований стан поршня та поршневого пальця двигуна Wärtsilä 9L32/40 залежно від частоти обертання колінчастого вала. У роботі виконано тепловий розрахунок робочого циклу двигуна на номінальному режимі при частоті обертання n = 750 хв⁻¹ із використанням методу Гріневецького–Мазінга. Визначено основні термодинамічні параметри процесів наповнення, стиснення, згоряння та розширення, побудовано індикаторну діаграму та розраховано індикаторні й ефективні показники двигуна. На основі результатів теплового розрахунку виконано динамічний розрахунок двигуна з визначенням сил газового тиску, інерційних сил та зусиль у кривошипно-шатунному механізмі. Визначено екстремальні значення нормальних і тангенціальних сил, що діють на елементи циліндро-поршневої групи. Виконано розрахунок поршня та поршневого пальця на міцність для номінального та дослідницьких режимів роботи двигуна при частотах обертання n = 550, 650, 750, 850 та 950 хв⁻¹. Проаналізовано зміну механічних і теплових навантажень у днищі поршня та побудовано графіки залежності сумарних напружень і теплового навантаження від частоти обертання. Встановлено, що зі зростанням частоти обертання запас міцності поршня зменшується, однак для всіх розглянутих режимів розрахункові напруження та деформації не перевищують допустимих значень. Найбільш раціональним з точки зору співвідношення навантажень і запасу міцності є режим роботи двигуна при n = 750 хв⁻¹.