Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Пособие по конструкции масляных систем ГТД

Пособие по конструкции масляных систем ГТД. Учебное пособие конструкция масляных систем авиационных двигателей. Трянов а. Е

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
имени академика С. П. КОРОЛЕВА
Кафедра «КОНСТРУКЦИИ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ»
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Конструкция

масляных систем авиационных двигателей.

Утверждено Редакционно-издательским Советом университета

в качестве учебного пособия

Инновационная образовательная программа
«Развитие центра компетенции и подготовка
специалистов мирового уровня в области аэрокосмических и геоинформационных технологий”

Рецензенты: Заместитель Генерального конструктора

ОАО «СНТК им. Н.Д.Кузнецова » С.М. Игначков;
докт. техн. наук, проф. Д.К. Новиков.

Конструкция масляных систем авиационных двигателей: учеб. пособие

/ А.Е. Трянов, Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2007. с.81: ил.48 , табл.9 (в том числе 4 в приложении), 24 библ. назв.

ISBN
В данном учебном пособии произведена систематизация существующей информации по осуществлению циркуляции масла в масляных системах отечественных и зарубежных ГТД. Освещен вопрос взаимодействия масляной системы с системой суфлирования масляных полостей двигателя. Сформулированы основные положения, которыми руководствуются в конструкторских бюро при выборе рациональной схемы масляной системы.

Проведен анализ схемно-конструктивных особенностей агрегатов и элементов, входящих в состав масляных систем; описаны принципы их проектирования. Выделены основные параметры масляных систем, описаны методы их контроля.

Приведена сводка сортов масел, используемых в современных отечественных авиационных ГТД. Описаны методы контроля состояния масла в процессе эксплуатации двигателя. В приложении в качестве справочного материала содержатся данные по теплофизическим свойствам применяемых авиационных масел.

1. Назначение масляной системы авиационного ГТД 5

2. Основные требования, предъявляемые к масляным системам 6

Состав агрегатов масляных систем 7

Взаимосвязь масляной системы с системой суфлирования

масляных полостей двигателя 8

Принципиальные схемы масляных систем 9

Основные параметры масляной системы 15

7. Принципы осуществления циркуляции масла

в масляных системах ГТД 18

8. Маслобаки 20

9. Насосы 22

  1. Фильтры 37

11. Центрифуги 46

12. Теплообменники 55

13. Трубопроводы 65

14. Контроль параметров масляной системы и состояния масла 68

15. Сведения о маслах, используемых в авиационных ГТД 72

Заключение 75
Список литературы 76
Приложение А 77

В авиационном двигателестроении более чем за полувековую историю накоплен большой опыт в разработке различных конструкций газотурбинных двигателей (ГТД). Многообразие типов созданных двигателей характерно тем, что каждый разработчик ГТД имеет собственные традиционные подходы к их проектированию, внося в конструкцию узлов и в системы двигателей свои отличительные особенности. Это касается как отечественных, так и зарубежных опытно-конструкторских бюро. В связи с существованием многих школ создания ГТД в каждой из них накоплен свой опыт проектирования, доводки и эксплуатации двигателей, который, как правило, имеет весьма ограниченную открытую публикацию.

Современные учебники по конструкциям авиационных ГТД, цель которых дать будущим специалистам комплекс знаний в области проектирования, не в состоянии достаточно полно отразить имеющуюся у специалистов ОКБ информацию как по отдельным узлам, так и системам двигателей. В частности, по масляным системам авиационных ГТД основные особенности их проектирования, доводки и эксплуатации до настоящего времени в учебно-методической литературе недостаточно освещены. Выбор принципиальной схемы масляной системы, а также рациональной конструкции входящих в её состав агрегатов является важной задачей, так как данная система оказывает весьма существенное влияние на надёжность, эффективность двигателя и его эксплуатационную технологичность.

Следует отметить, что до настоящего времени не разработано достоверных расчётных методик, относящихся к масляной системы двигателя. В связи с этим при проектировании и доводке масляных систем авиационных ГТД доминируют эмпирические методы.

Сложно создать математическую модель масляной системы, в которую должны быть включены три модуля: гидравлический, тепловой и механический. Так, например, при попытке разработать гидравлический модуль необходимо предусмотреть возможность обеспечения дифференцированного распределения масла между потребителями ( в соответствии с уровнем тепловыделения в них), причём с учётом того, что кинематическая вязкость масла в широком диапазоне его рабочей температуры может изменяться на три порядка. Но задача разработки указанного модуля ещё более усложняется, тем, что в магистралях откачки масла движется двухфазная масловоздушная смесь, а для проведения соответствующих гидравлических расчётов необходимы данные по теплофизическим свойствам масловоздушных смесей, а они отсутствуют в справочной литературе.

В данном пособии рассмотрены вопросы, относящиеся к осуществлению циркуляции масла и его кондиционирования в авиационном ГТД. Проведен анализ основных особенностей конструирования агрегатов масляной системы. Особое внимание уделено такому важному агрегату как центрифуга, выбору оптимальных её геометрических размеров. Освещён вопрос использования различных типов шестерённых насосов; осуществляющих подачу масла в двигатель и его откачку; показаны их конструктивные особенности и факторы, определяющие производительность насосов. Значительное внимание уделено выбору способов охлаждения масла в циркуляционном контуре масляной системы.

Составлена сводка отечественных масел, используемых в авиационных ГТД, а в приложении приведены табличные данные их физико-химических свойств.

Автор выражает благодарность инженеру Ремпель А.П. за оказанную техническую помощь при оформлении данного учебного пособия.

1. Назначение масляной системы авиационного ГТД

Масляная система ГТД предназначена для осуществления непрерывной подачи масла к подшипникам, зубчатым колесам, контактным уплотнениям и к другим узлам трения с заданными величинами температуры и давления на всех режимах работы двигателя в ожиемых условиях эксплуатации. При этом, как известно, диапазон ожидаемых условий эксплуатации двигателя бывает весьма широким. Так, например, у двигателей, устанавливаемых на самолётах с дозвуковыми скоростями полёта, температура окружающей среды может изменяться от минус 60 до плюс 50 О С. А у сверхзвуковых самолётов температура воздуха на входе в двигатель в зависимости от скоростей полёта может достигать величины от 100 до 300 О С. Входные условия воздушного потока и уровень газодинамических параметров в газовоздушном тракте ГТД определяют теплонапряженность двигателя, что самым непосредственным образом влияет на тепловое состояние узлов и деталей двигателя, контактирующих с маслом.

Вторым важным параметром, характеризующим ожидаемые условия работы двигателя (и соответственно его масляной системы) является диапазон высотных условий работы двигателя с заданными скоростями полёта. Очевидно, что на больших высотах обеспечение работоспособности масляной системы двигателя представляет собой непростую задачу, связанную с необходимостью предупреждения возможности возникновения кавитационных эффектов в её агрегатах , в частности, в насосах. .Особенно это относится к масляным системам двигателей, устанавливаемых на самолётах, имеющих расчётную высоту полёта более 15000 м., где величина атмосферного давления весьма мала.

Следует отметить, что масло является рабочей жидкостью, используемой как для смазки трущихся элементов, так и для отвода тепла от них. При этом у современных авиационных ГТД обеспечение приемлемого теплового состояния узлов трения является существенно более важной функцией масляных систем по сравнению с обеспечением смазки трущихся поверхностей. Так, например, для смазки тяжелонагруженного радиально-упорного шарикоподшипника может оказаться достаточным весьма незначительное количество масла (не более 100 г/ч), а для съема выделяемого в нем тепла (от10 до 20 кВт) требуется подавать до 0,15 л/с масла. Поэтому в авиационном двигателестроении используют масляные системы циркуляционного типа, в которых масло бесперебойно совершает циклическое движение в замкнутом контуре.

Последующее изложение материала относится к масляным системам циркуляционного типа.

Примечание:

  1. У ГТД первого поколения, имевших сравнительно невысокую теплонапряженность, обеспечение смазки узлов трения являлось более важной задачей по сравнению с проблемой их охлаждения. Поэтому масляную систему ранее именовали «системой смазки». В настоящее время такое название системы является устаревшим.
  2. Известны масляные системы ГТД, в которых осуществлено воздушное охлаждение подшипников, а незначительное количество масла, подводимого к ним для смазки, удаляют из двигателя вместе с охлаждающим воздухом («смазка на выброс»). Но такие схемы могут быть использованы только в короткоресурсных двигателях специального назначения (например, в подъемных ГТД, устанавливаемых на самолетах вертикального взлета и посадки).
Читать еще:  Ваз 112 троит двигатель

2. Основные требования, предъявляемые

к масляным системам
К масляной системе ГТД предъявляют целый ряд требований, выполнение которых необходимо для её надёжного функционирования в соответствии с назначением двигателя. В [3,7] показано, что масляная система должна обеспечивать:

— надежную подачу масла к узлам трения и его откачку во всех ожидаемых условиях эксплуатации двигателя, как на земле, так и в полете;

— минимально возможный уровень безвозвратных потерь масла;

— чистоту масла, подаваемого к узлам трения, необходимую для нормальной работы подшипников и других узлов трения;

— быстрый прогрев масла при запуске двигателя (в течение регламентированного времени до выхода на максимальный режим);

— запас масла в маслобаке, достаточный и для возвращения самолета в обратный рейс;

— отсутствие возможности перетекания масла из маслобака в двигатель при длительной стоянке;

— возможность полного слива масла из двигателя (например, в случае необходимости замены масла).

При этом агрегаты масляной системы должны иметь минимально возможную массу и должны быть компактно размещены на двигателе.

Систематизированный комплекс обязательных требований, предъявляемых к масляным системам авиационных ГТД, приведен в отраслевом стандарте на разработку таких систем [13]. В нём содержатся следующие основные требования, относящиеся к:

— функциональному назначению, принципиальной схеме и компоновке системы,

— выбору сорта масла, обеспечивающего работоспособность двигателя,

— запасу масла в маслобаке, величине прокачки масла через узлы двигателя, ограничению допустимой величины безвозвратных потерь масла,

— тепловому состоянию масла, включающему ограничение допустимой величины теплоотдачи от двигателя в масло и осуществление его эффективного охлаждения),

— чистоте внутренних полостей двигателя, омываемых маслом,

— обеспечению надёжности системы,

— системе суфлирования масляных полостей двигателя,

— контролепригодности состояния системы (уровня заявленных её параметров и сигнализации о достижении ими критического значения, степени загрязнения масляных фильтров, состояния смазываемых узлов трения, работоспособности подвижных уплотнений масляных полостей),

— удобству технического обслуживания системы и её агрегатов.

Кроме того, в указанном стандарте оговорены требования к основным видам испытаний масляной системы, которые должны быть проведены на опытном двигателе (до предъявления его на Государственные испытания) в стендовых условиях, на летающей лаборатории и при установке двигателя на самолёт.

Пособие по конструкции масляных систем ГТД. Учебное пособие конструкция масляных систем авиационных двигателей. Трянов а. Е

Состав агрегатов масляных систем

Существует множество схемно-конструктивных типов масляных систем ГТД. Причем, практически у каждого разработчика двигателя (и в нашей стране, и за рубежом) сложился свой отличительный стиль проектирования масляных систем. Но, несмотря на такое многообразие, анализ показывает, что практически любая масляная система авиационного ГТД для выполнения своего функционального назначения должна иметь в своем составе вполне определенный набор агрегатов. Данный вопрос ниже освещен в самых общих чертах. Более подробно роль основных агрегатов масляной системы описана в разд. 7 — 12.

Запас масла, требуемый для обеспечения работы двигателя в течение заданного времени, содержится в маслобаке. Подачу масла в двигатель осуществляют с помощью нагнетающего насоса, создающего давление на входе в разветвленную сеть распределения масла по потребителям. Непосредственно к узлам трения впрыск масла производят с помощью форсунок.

Отвод масла осуществляют откачивающими насосами, и крайне редко для откачки масла из отдельных узлов используют жидкостные эжекторы.

Прежде, чем масло вновь поступит на вход в нагнетающий насос, от него должен быть отделен воздух, содержащийся в откачиваемой масловоздушной смеси. В связи с этим в системе должно быть предусмотрено сепарирующее устройство, устанавливаемое на выходе из канала, объединяющего магистрали откачки масла из всех узлов двигателя.

Поскольку из двигателя масло возвращается подогретым, т.е. с выходной температурой более высокой по сравнению с величиной его температуры на входе в двигатель, то очевидно, что масло необходимо охлаждать. Для отвода тепла от масла в циркуляционном контуре масляной системы должна быть предусмотрена установка маслоохладителя.

Так как в процессе работы двигателя происходит загрязнение масла продуктами износа трущихся поверхностей и механическими примесями из воздуха, с которым масло контактирует в масляных полостях двигателя, то для его очистки в циркуляционном контуре должны быть установлены фильтры тонкой очистки.

Таким образом, для обеспечения нормального функционирования масляной системы ГТД необходим вышеуказанный состав агрегатов. Эти агрегаты, определенным образом связанные между собой трубопроводами, создают возможность для непрерывного поступления к узлам трения охлажденного и очищенного масла, циркулирующего по замкнутому контуру.

В связи с необходимостью осуществления контроля за состоянием функционирования масляной системы для измерений уровней температур и давлений в характерных точках циркуляционного контура устанавливают соответствующие датчики. Так, на входе масла в двигатель всегда измеряют величину его давления и, как правило, величину температуры (у некоторых двигателей производят контроль температуры масла только на выходе его из двигателя).

Следует отметить, что в масляных системах традиционно измеряют величину не абсолютного, а избыточного давления (над атмосферным).

Кроме отмеченного, в конструкции совремённых ГТД предусматривают установку датчика сигнализатора загрязнения масляного фильтра, измеряющего разность давлений масла на входе и на выходе из него.

Взаимосвязь масляной системы с системой суфлирования

масляных полостей двигателя

В корпусах опор роторов любого ГТД его масляные полости отделены от воздушных с помощью подвижных уплотнений, устанавливаемых между валами и статором. (Здесь и далее под термином «опора» следует подразумевать силовые корпусы турбокомпрессора, внутри которых встроены подшипники валов).

Типы используемых в опорах ГТД уплотнений многообразны, но наиболее часто применяют лабиринтные и контактные графитовые уплотнения. Такие уплотнения по сути предназначены для исключения возможности утечек масла из масляных полостей опор двигателя, и они входят в состав этих узлов, являясь элементами их конструкции. Поскольку уплотнения не связаны с функционированием циркуляционного контура масляной системы, рассмотрение их конструктивных особенностей не включено в данное учебное пособие.

Как известно, для того, чтобы предотвратить утечку масла через любое уплотнение, величина давления воздуха перед ним должна быть больше величины давления внутри масляной полости, т.е. должен быть создан определённый перепад давления. При создании достаточного перепада давления воздух будет непрерывно проникать внутрь масляных полостей опор, препятствуя утечкам масла из них в предмасляную воздушную полость.. Очевидно, что для исключения возможности накопления в масляных полостях воздуха, которое приводило бы к уменьшению перепада давления на уплотнениях (в пределе до нуля), необходимо непрерывно осуществлять равновесный отвод воздуха из масляных полостей как на постоянных, так и на переменных режимах работы двигателя. Эту функцию выполняет система суфлирования.

Возможны различные варианты схем суфлирования масляных полостей двигателя – от объединенной системы отвода воздуха из всех масляных полостей до автономного суфлирования каждой из них. Способы отвода указанного воздуха и соответствующие конструктивные решения, относящиеся к системам суфлирования, многообразны. В учебном пособии [8] приведены основные принципы проектирования систем суфлирования ГТД и подробно исследована взаимосвязь масляной системы с системой суфлирования масляных полостей двигателя.

Читать еще:  Двигатель бмв свап что это

Данный вопрос является весьма важным, т.к. работоспособность масляной системы в значительной мере зависит от её взаимодействия с системой суфлирования. В частности, это связано с тем, что система суфлирования формирует уровни давлений в масляных полостях опор, коробок приводов и маслобака. А это оказывает непосредственное влияние на количественное распределение масла по потребителям, особенно в тех случаях, когда в масляных полостях опор компрессора и турбины на взлётном режиме будет иметь место различный уровень давлений. И от того, как с помощью системы суфлирования сформировано состояние величин давлений в масляных полостях опор в высотных условиях, зависит эффективность работы нагнетающего и особенно откачивающих насосов. Выбор схемы суфлирования масляных полостей двигателя самым непосредственным образом оказывает влияние на функционирование маслобака. Кроме того, система суфлирования оказывает влияние на процесс сепарации откачиваемой из узлов двигателя масловоздушной смеси.

Вопросы взаимодействия масляной системы с системой суфлирования детально рассмотрены в [8].

    Принудительная вентиляция газов из картера

    Казалось бы, сама по себе работа ДВС служит источником, осуществляющим сильное загрязнение атмосферы, а мы пытаемся говорить тут про вентиляцию. Однако не все так просто, мотору, как и всем остальным, тоже нужен свежий воздух. Обеспечивает его и система вентиляции картера.

    1. О назначении системы вентиляции
    2. Как происходит вентиляция картера
    3. Варианты создания принудительной очистки от картерных газов

    О назначении системы вентиляции

    Все проблемы, как всегда, таятся в мелочах. В данном случае это касается имеющихся зазоров между поршнем и блоком цилиндров двигателя. Казалось бы, конструкцией предусмотрены специальные элементы, минимизирующие эти зазоры. И все же, несмотря на уплотняющие кольца, происходит попадание продуктов сгорания топлива, его несгоревших частиц, паров воды в объем картера двигателя. Следствием этого является ухудшение качества масла и потеря его смазывающих свойств. Проявляется подобный эффект в том, что обычное масло становится водно-масляной эмульсией, а также происходит его разжижение.

    В цилиндрах двигателя, при его работе, создается повышенное давление, так что нет ничего удивительного, что газы вырываются оттуда с повышенным давлением. Следствием этого будет создание такого же повышенного давления в картере, что может привести к выдавливанию сальников и утечке масла.

    Именно для предотвращения подобных явлений, описанных выше, предназначена система вентиляции картера. Она позволяет вывести из него прорвавшиеся отработанные газы, обеспечить нормальное давление, тем самым, повысить надёжность и долговечность двигателя.

    Как происходит вентиляция картера

    Как всегда в таких случаях, существует выбор.

    Реализация данной системы может быть двух типов:

    • открытая;
    • закрытая.

    В первом случае, когда система вентиляции картера двигателя открытая, прорвавшиеся выхлопные газы удаляются наружу, за пределы силового агрегата. Простота и дешевизна этого способа компенсируется загрязнением окружающей среды.

    Кроме того, следует знать, что открытая вентиляция:

    1. не работает при малой скорости и на холостом ходу;
    2. не справляется со своими обязанностями при высоких оборотах;
    3. через нее возможно засасывание атмосферного нефильтрованного воздуха при остывании двигателя;
    4. может послужить одной из причин увеличенного расхода масла, а также причиной замасливания мотора.

    Закрытую или принудительную вентиляцию картера осуществляют тогда, когда пытаются уменьшить степень загрязнения, оказываемую автомобилем. Для этого устанавливается специальный клапан, благодаря которому, при принудительной вентиляции картера, попавшие туда выхлопные газы, выводятся во впускной коллектор двигателя.

    К недостаткам такой системы можно отнести:

    • усиленное загрязнение карбюратора и входных воздуховодов;
    • сильная тяга на высоких оборотах в системе отсоса отработанных газов, что может служить дополнительной причиной окисления масла.

    К достоинствам следует отнести:

    1. уменьшенный расход масла;
    2. стабильную работу в зимний период за счет подогрева входного воздуха картерными газами;
    3. они же повышают детонационную стойкость двигателя за счет разбавления топливно-воздушной смеси.

    Варианты создания принудительной очистки от картерных газов

    Правда не все так просто, как кажется с первого взгляда. Существует два подхода, по которым может быть выполнена принудительная вентиляция картера. Из картера могут выводиться выхлопные газы, а возможно и обратное действие — приток воздуха снаружи.

    Пример того, как построена система принудительной вентиляции картера, основанная на отводе выхлопных газов, приведен выше. При этом прорвавшиеся отработанные газы, оказываются под действием разрежения во впускном коллекторе и поступают через маслоотделитель (1), клапан (2) и по шлангам, очистившись от частиц масла, попадают опять в цилиндры двигателя.

    Вариант, когда система вентиляции построена на притоке свежего воздуха, приведен на рисунке ниже. В этом случае наружный воздух попадает в картер мотора, смешивается с картерным газами, и через специальный клапан PCV поступает обратно в цилиндры мотора. Построенная таким образом система вентиляции, позволяет избежать попадания продуктов работы ДВС в атмосферу. Именно такой подход используется современными автопроизводителями, при проектировании и изготовлении автомобилей.

    Для поддержания нормальной работы мотора на холостом ходу, клапан PCV запирает выход газов из картера, при глубоком разрежении в трубопроводе.

    Непременным атрибутом современного ДВС является вентиляции картера, выполненная чаще всего как закрытая система. Она позволяет повысить надёжность работы мотора и уменьшить отрицательное воздействие выхлопа автомобиля на атмосферу.
    » alt=»»>

    Фильтр картерных газов: система вентиляции картера автомобильного мотора

    Главная страница » Фильтр картерных газов: система вентиляции картера автомобильного мотора

    Практику автомобильной эксплуатации нередко сопровождает иностранный термин — Blowby. Транслируется на родной язык (русский) как масляные пятна на дороге, оставляемые транспортным средством — автомобилем. Применительно к мотору автомобиля, такое явление создают картерные газы, проникающие в область картера из камеры сгорания двигателя. Главной причиной прорыва является утечка газа через поршневые кольца, клапаны, подшипники турбокомпрессора. Метод устранения такого дефекта – фильтрация. Поэтому рассмотрим подробнее — что такое фильтр картерных газов, а также технологию фильтрации.

    Классическая схема фильтрации картерных газов

    Различные виды механизмов распыления, а также эффект конденсации, являются причиной значительного насыщения картерных газов малыми частицами машинного масла.

    Количество дозируемого масла, а также частичное распределение по размерам капель, — эти факторы зависят от конструкции двигателя и условий эксплуатации.

    Обычно размер частиц масла варьируется от несколько микрон до нанометров. Дополнительными компонентами прорыва картерных газов являются:

    • топливо,
    • вода,
    • сажа,
    • другие продукты полного и неполного сгорания топлива.

    Как правило, закрытая система вентиляции картера защищает окружающую среду от вредных выбросов (включая масляные пятна на дороге).

    Основными для системы картерной вентиляции являются две функции:

    1. Максимально возможное извлечение масла.
    2. Контроль давления в картере.

    Типичная схема установки закрытой системы вентиляции картера бензиновых двигателей, дополненных турбокомпрессором, показана на рисунке ниже.

    Схема фильтра картерных газов: 1 – воздушный фильтр; 2 – турбокомпрессор; 3 – дроссель; 4 – обратный клапан; 5 – клапан контроля давления; 6 – маслоотделитель; 7 – резервуар; 8 – обратный клапан слива масла; 9 – двигатель автомобиля; В – прорыв газов в картер (blowby); ВМ – возврат масла; ОМ – отстойник (картер) масла; ВГ – выпускные газы

    Читать еще:  Что является подвесным двигателя

    Система вентиляции (фильтрации) картерных газов включает компоненты для отделения масла, а также дополнительные компоненты для контроля давления и расхода. Вся система традиционно встраивается в тело крышки головки цилиндров.

    Фильтрация масла в закрытой системе вентиляции картера

    Конечно же, эффективный маслоотделитель важен для минимизации потребления масла. Но, кроме того, отделение масла в закрытой системе вентиляции картера является основополагающим процессом для соблюдения норм, установленных на выхлопные газы современных двигателей автомобилей.

    Технически выброс масла способен вызвать критические отложения:

    • в системе впуска,
    • на поверхностях турбокомпрессора,
    • на впускных клапанах,
    • в системе промежуточного охладителя.

    Этот фактор уменьшает срок службы и эффективную функциональность отмеченных компонентов. Кроме того, выбросы масла из картера двигателя нарушают процесс сгорания по предварительному зажиганию, увеличивают содержание частиц сажи в составе выхлопных газов.

    Наконец, остатки сгоревшего машинного масла оказывают негативное влияние на эффективность последующей обработки выхлопных газов.

    Система вентиляции картерных газов (производства «MANN + HUMMEL») – устройство подобного исполнения встраивается непосредственно в структуру крышки головки блока цилиндров

    Объём прорыва газов в картер, размер образующихся частиц и массовый расход машинного масла в неочищенном картерном газе, сильно зависят от конструкции двигателя и меняющихся условий эксплуатации.

    Вследствие этого маслоотделитель должен соответствовать высоким требованиям в плане:

    • стоимости,
    • компактности исполнения,
    • надёжности работы.

    Специально для применения в конструкциях легковых автомобилей используются только запасные части, которые не нуждаются в дополнительной подаче энергии. Как следствие, так называемые пассивные инерционные сепараторы устанавливаются и эксплуатируются в составе легковых автомобилей.

    Современное исполнение системы фильтрации картерных газов

    Принцип разделения пассивным инерционным сепаратором основан на ускорении и перенаправлении потока. Здесь капли масла не в состоянии следовать за линиями потока по причине собственной инерции, благодаря чему отделяются, оставаясь на поверхности элемента сепаратора.

    Эффективность отделения более мелких частиц увеличивается с увеличением ускорения. Соответственно образуется перенаправление потока. Для этой цели требуется увеличение перепада давления.

    Как следствие, эффективность отделения зависит от перепада давления и гранулометрического состава неочищенного картерного газа. Картинкой ниже демонстрируется инерционный сепаратор (производства «MANN + HUMMEL»), получивший название — структурный дефлекторный сепаратор (SD-Separator).

    Прорвавшийся в картер газ ускоряется через маленькие форсунки и перенаправляется на специальный структурированный дефлектор, где капли масла отделяются. Структура поверхности дефлектора повышает эффективность отделения до самого высокого уровня пассивных инерционных сепараторов.

    Устройство инерционного сепаратора масла картерных газов на примере конструкции производства «MANN + HUMMEL»: 1 – загрязнённый картерный газ; 2 – возврат масла; 3 – очищенный картерный газ; 4 – перенаправление потока и частичная сепарация на специальной структуре дефлектора; 5 – отверстия ускорения потока

    Максимальный перепад давления в маслоотделителе ограничен вакуумом впускной системы и требованиями к диапазону давления в картере, что в итоге ограничивает достижимую производительность сепарации.

    Отделение крупных масляных частиц обычно является сравнительно простой задачей. Однако отделение усложняется по мере уменьшения частиц в аэрозоле. Это особенно актуально для наиболее часто используемых концепций разделения, которые основаны на эффекте инерции частиц.

    Наращивание требований относительно сепарации машинного масла

    Постоянное повышение давления сгорания вследствие уменьшения размеров, а также применение машинных масел с низкой вязкостью приводит к значительному уменьшению размера частиц.

    Соответственно производительность установленных пассивных инерционных сепараторов становится недостаточной при данных ограничивающих факторах.

    Новые технологии необходимы для применения в легковых автомобилях, чтобы обеспечить высокую эффективность разделения частиц, значительно меньших 1 мкм.

    Центрифуга – технология под фильтр картерных газов

    Эффективность разделения мелких капель в принципе может быть увеличена за счет увеличения силы инерции с использованием дополнительной энергии. Центрифуги являются хорошо известными примерами такого рода сепарационных технологий.

    Здесь энергия используется для приведения в действие какого-либо ротора, а частицы отделяются вследствие возникающей центробежной силы. Как правило, центрифуги нуждаются в очень высокой скорости вращения – диапазон до 10 000 об/мин.

    Или же в качестве альтернативы конструкция должна быть очень большой, особенно для отделения частиц, значительно меньших, чем 1 мкм. Другим решением для повышения эффективности разделения является использование дополнительных механизмов, таких как диффузионное разделение.

    Волоконный демистер – диффузионный фильтр картерных газов

    Так называемый волоконный демистер выступает примером ещё одного типа сепаратора, объединяющего преимущества различных дополнительных механизмов разделения.

    Обе упомянутые технологии применяются на грузовых автомобилях, где аналогичные высокие требования. Между тем волоконные демистеры способны обеспечить эффективное решение на применении с легковыми автомобилями.

    Варианты конструктивного исполнения волоконных демистеров (фильтров масла), которые не менее эффективно могут применяться в системах фильтрации картерных газов легковых автомобилей

    Вариант с демистером позволяет интегрировать фильтр картерных газов даже в сложные конструкции без ущерба для производительности, одновременно значительно снижая сложность интеграции и связанные с этим затраты.

    Волоконные элементы – демистеры, обычно заменяются в течение интервала обслуживания после определенного времени работы из-за отложения сажи на поверхности волокна.

    Интервал обслуживания сильно зависит от конкретного применения. Основным требованием к пригодности волоконного демистера для применения в легковых автомобилях, является разработка новых волоконных демистеров.

    Таковые обеспечивают высокую производительность и приемлемый длительный интервал обслуживания при данных условиях эксплуатации. В то же время перепад давления, а также размеры волоконных демистеров должны соответствовать общим требованиям легкового автомобиля.

    Поэтому производство, в том числе компания «MANN-HUMMEL», стремятся решать эту проблему. Инженеры разрабатывают новые волоконные демистеры для применения в конструкциях легковых автомобилей.

    Механизм фильтра картерных газов волоконным демистером

    Фильтрующие сепараторы являются широко распространенным в мире методом высокоэффективного разделения сверхтонких частиц тех же картерных газов. Капли объединяются в процессе разделения жидкости / газа на поверхности волокна, образуя жидкую пленку, последовательно стекающую с фильтрующего материала.

    Принцип гравиметрического разделения содержимого картерных газов: 1 – аэрозольная форма потока; 2 – проникновение; 3 – повторное увлечение (унос); 4 — дренирование

    Остаточные масляные капли на стороне фильтра с чистым картерным газом представляют либо неразделённые капли аэрозоля (так называемое проникновение), либо образования в виде пузырьков и колпачков из отделённой плёнки жидкости (так называемое увлечение).

    Эффективность гравиметрического разделения в стационарном состоянии рассчитывается по формуле:

    Ng = 1 – (Mp + Me / Md + Mp + Me)

    где: Ng – эффективность геометрического разделения; Mp – проникновение; Me – увлечение; Md – дренирование.

    Различные виды механизмов разделения используются в целом в соответствии с теорией фильтрации картерных газов двигателей автомобилей. Для вентиляции картера (фильтрации картерных газов), соответствующими механизмами разделения, в частности, являются:

    • удары,
    • диффузия,
    • перехват.

    Эффективность разделения на основе ударов и перехвата увеличивается с увеличением размера частиц, тогда как эффективность разделения на основе эффектов диффузии увеличивается с уменьшением размера частиц.

    Перспективные разработки под фильтр картерных газов

    Упомянутая ранее компания «MANN-HUMMEL» уже предлагает владельцам автомобилей новый высокоэффективный волоконный демистер. Результаты теста продукта демонстрируют способность новой концепции разделения удовлетворять потребности новых технологий автомобильных двигателей.

    Другими словами – достигнута граница эффективного разделения очень мелких частиц (d50

    При помощи информации: MANN-HUMMEL

    КРАТКИЙ БРИФИНГ

    Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector