Расчет и конструирование. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
Оптимизация переходных процессов системы топливоподачи дизеля с электронным регулятором
Статья научная
Приводится методика расчета коэффициентов обратных связей, обеспечивающих заданные динамические свойства электромеханических систем. В качестве примера рассмотрена электронная система управления перемещением рейки топливного насоса высокого давления (ТНВД) дизеля. Получены зависимости коэффициентов обратных связей системы управления от длительности переходного процесса (ПП). Построена математическая модель.
Бесплатно
Основные направления развития гидромашиностроения на Калужском турбинном заводе
Статья научная
Рассматриваются перспективы развития гидромашиностроения на Калужском турбинном заводе. Приводится ряд насосов, выпускаемых предприятием: питательные, включая для блоков 800 МВт; конденсатные для энергоблоков малой и средней мощности; насосы для нефтяной промышленности и др. Предлагаются перспективные направления по модернизации конденсатно-питательной системы энергоблоков с насосами, имеющими лучшие технические показатели.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе приводится пример совершенствования конструкции гибридного ракетного двигателя для реализации глубокого гибкого регулирования тяги, в частности рассматривается форсунка распыления системы подачи жидкого компонента. Проанализированы две конструктивные схемы двухступенчатых центробежных форсунок, предназначенные для реализации глубокого регулирования расхода, показаны особенности работы таких форсунок при наличии глубокого регулирования расхода через форсунку, а также описаны основные особенности такой работы. Показана эффективность и преимущества двухступенчатой центробежной форсунки относительно одноступенчатой центробежной форсунки. Рассмотрена система уравнений, включающая уравнение сохранения количества движения жидкости, уравнение неразрывности с замыкающими зависимостями расхода через форсунку и геометрической характеристики. Обозначены особенности работы двухступенчатой форсунки, которые заключаются в изменении угла распыления в широком диапазоне (60-120°) в зависимости от режима работы при глубоком дросселировании расхода через двухступенчатую форсунку, что приводит к нестабильной работе двигателя, а именно к неустойчивому горению, колебанию давления и ухудшению качества процесса распыления. Приведены методы направленные на сокращение диапазона угла распыления на режиме глубокого регулирования расхода. Показана принципиальная конструкция модернизированной двухступенчатой центробежной форсунки, способствующая сокращению диапазона изменения угла распыления при глубоком дросселировании расхода за счет специально профилированного сопла распылителя. Обозначены основные условия проектирования данной кольцевой проточки, а также представлена методика расчета в виде блок-схемы программы расчета двухступенчатой модернизированной форсунки с уменьшенным диапазоном изменения угла распыления.
Бесплатно
Особенности комплексного расчета эжекционной системы охлаждения наддувочного воздуха в дизеле
Статья научная
Обоснована целесообразность повышения плотности свежего заряда на входе в цилиндр дизеля с газотурбинным наддувом применением системы эжекционного его охлаждения после компрессора для осуществления циркуляции охлаждающего воздуха через охладитель. Отмечается актуальность совершенствования систем охлаждения наддувочного воздуха в направлении снижения затрат мощности на функционирование и упрощения конструкции их элементов. Рассмотрены функциональные и конструктивные особенности элементов системы эжекционного охлаждения наддувочного воздуха. Отмечается неполнота изученности функционирования эжектора на выпуске для интенсивной циркуляции охлаждающего воздуха через матрицу охладителя при размещении эжектора после турбины турбокомпрессора. Предложена последовательность расчёта системы в виде блок-схемы, включающей дизель, компрессор и турбину турбокомпрессора, охладитель наддувочного воздуха и эжектор в системе выпуска отработавших газов. Приведены основные факторы, характеризующие связи функциональных и геометрических параметров элементов системы. Отражены особенности комплексного расчета эжекционной системы охлаждения наддувочного воздуха в дизеле с использованием математического моделирования процессов в различных элементах системы для изыскания резервов и компромиссных решений по снижению затрат мощности на ее функционирование и повышение ее эффективности. Результаты комплексного расчета эжекционной системы охлаждения наддувочного воздуха методом численного моделирования представлены графически в виде зависимостей параметров ее элементов от степени понижения давления в турбине турбокомпрессора. Анализ результатов комплексного расчета показывает, что максимальные значения степени охлаждения, плотности наддувочного воздуха и эффективной мощности дизеля достигаются при различных значениях степеней понижения давления в турбине или эжекторе. В этой связи делается вывод о целесообразности при проектировании системы эжекционного охлаждения наддувочного воздуха выбирать требуемые значения степеней понижения давления в турбине или эжекторе на компромиссной основе.
Бесплатно
Особенности конструкции эффективных рекуператоров микрогазотурбинных энергоустановок
Статья научная
Проанализированы конструктивные схемы рекуператоров, выявлены требования к конструкции эффективного рекуператора, разработана конструкция эффективного кольцевого рекуператора в составе микротурбинной установки, представлены основные технологические операции изготовления элементов пластинчато-ребристого теплообменника.
Бесплатно
Особенности организации рабочего цикла в дизеле высокой литровой мощности
Статья научная
Рассмотрены проблемы рабочего цикла дизелей с непосредственным впрыскиванием топлива при высоком форсировании и обеспечении приемлемых тепломеханической нагруженности, топливной экономичности и выбросов вредных веществ с отработавшими газами.
Бесплатно
Статья научная
Гидравлические системы, несмотря на наличие многих конструктивных и эксплуатационных преимуществ имеют некоторые недостатки, основными из которых являются, изменение геометрии проточной части, вследствие эрозионных эффектов и наличие электромеханических преобразователей. Это требует развитие технологий управления рабочей средой и поиска новых конструктивных решений. Достаточно простым и перспективным решением устранения данных негативных особенностей является создание гибридных гидравлических систем. Удачным направлением создания гибридных гидравлических систем можно обозначить интеграцию в их конструкцию магнитожидкостных регулирующих элементов. Магнитожидкостные регулирующие элементы отличаются высокой скоростью ответа на сигнал управления, так как не требуют трансформации электрического управляющего сигнала. Также магнитожидкостные элементы допускают выполнение простой геометрии проточной части, что значительно снижает стоимость производства и эксплуатации гидравлических систем, повышает их ресурс и надежность. Поэтому гибридные гидравлические устройства с магнитожидкостными управляющими элементами вызывают огромный интерес и подлежат активному дальнейшему развитию. Эксплуатация и проектирование гибридных гидравлических систем осложняются отсутствием теоретической базы и типовых конструктивных решений, что делает невозможным их распространение в промышленных масштабах. Все это затрудняет модернизацию производственного оборудования и технологических процессов, что определяет актуальность выбранного направления исследовательской работы. Текст приводит теоретические основы расчета магнитожидкостных управляющих элементов. В работе представлена оригинальная запатентованная конструкция гибридного гидравлического устройства - смесителя дозатора с магнитожидкостными управляющими элементами. Предложен метод численного моделирования рабочих параметров смесителя дозатора. Авторский метод позволяет производить гидравлический расчет смесителя дозатора с учетом характеристик управляющих электромагнитов.
Бесплатно
Особенности решения обратной задачи кинематики для ротопода
Статья научная
Показано, что при решении обратной задачи кинематики о положениях применительно к механизму с параллельными кинематическими цепями типа «ротопод» возникают неоднозначности в определении значений входных координат. Предложены условия, позволяющие осуществить выбор нужного значения для каждой входной координаты.
Бесплатно
Особенности течения неньютоновских сред в осциллирующих реометрических системах
Статья научная
Путем численного моделирования экспериментов изучены особенности течения нелинейно вязких и вязкопластичных сред в осциллирующих реометрических системах на примерах крутильно-колебательного вискозиметра в режиме затухающих колебаний и вибрационного вискозиметра в режиме вынужденных колебаний.
Бесплатно
Особые положения технологического оборудования с параллельными приводами рабочего органа
Статья научная
Описан алгоритм определения особых положений механизма с параллельными приводами. Приведены примеры определения особых положений для двух вариантов двухкоординатных исполнительных механизмов с параллельными приводами.
Бесплатно
Оценка баллистического предела и прогиба многослойных тканевых пластин при ударе индентором
Статья научная
Предложены расчетное и экспериментальное определение характеристической кривой и баллистического предела, а также оценка тупой травмы защищаемого объекта.
Бесплатно
Оценка величин допусков параметров подшипника скольжения по дисперсии его несущей способности
Статья научная
Приводятся теоретические положения и методика назначения допусков параметров подшипников скольжения при их серийном изготовлении. На примере ступенчатого подшипника скольжения с несжимаемой смазкой рассчитываются допуски параметров для различных законов распределения случайных величин.
Бесплатно
Статья научная
Решение проблемы повышения моторесурса двигателя внутреннего сгорания (ДВС) непосредственно связано со снижением потерь энергии на преодоление трения в элементах систем, механизмов и сложнонагруженных трибосопряжений (ТС). Среди механических потерь на трение особое место занимают гидромеханические потери на трение в ТС ДВС. Снижение потерь энергии на преодоление трения достигается уменьшением механических потерь за счет ограничения уровня нагруженности трущихся поверхностей, увеличением доли жидкостного режима трения для наиболее критичных по надежности ресурсоопределяющих сложнонагруженных ТС. Для сложнонагруженных ТС свойственны переменные по времени и величине действующие нагрузки, при которых положение подвижного элемента в сопряжении характеризуется высокими значениями эксцентриситетов. К таким сложнонагруженным ТС относят коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, сопряжения «направляющая поршня - гильза цилиндра» и «поршневое кольцо - гильза цилиндра», опорные и упорные подшипники турбокомпрессора ДВС и т. п. Одним из способов снижения масляного голодания является текстурирование контактирующих поверхностей, которое позволяет увеличить несущую способность сложнонагруженного подшипника за счет создания множества «микроклиньев». В частности, текстурирование поверхности вкладышей подшипников коленчатого вала может выполняться в виде эллиптических микроямок, которые позволяют сохранять масло на поверхности трения при любых режимах работы дизеля. В статье выполнен обзор основных видов микротекстурирования поверхностей трения ТС. Создана расчетная модель и разработана программа расчетного анализа ТС «шейка коленчатого вала - вкладыш» ДВС. Выполнены расчеты гидромеханических характеристик (ГМХ) ТС для различных видов микротекстурирования на примере шатунного подшипника дизеля ЧН 13/15.
Бесплатно
Оценка влияния тепловых деформаций деталей питательного насоса на его работоспособность
Статья научная
Выполнены расчеты тепловых деформаций деталей корпуса питательного насоса тепловой электростанции. Показано, что неравномерность нагрева приводит к уменьшению зазоров в подшипниках и может являться причиной их разрушения. Приведены числовые оценки изменения зазоров на различных режимах.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены отопительные приборы инженерных объектов, включающие отопительные элементы (радиаторы) и измерительные элементы (сенсоры температуры и расхода), являющиеся структурной составляющей интегрированной Системы индивидуального учета, распределения и потребления энергетических ресурсов. Важнейшей особенностью Системы является наличие сенсоров расхода и температуры теплоносителя, оснащенных беспроводным интерфейсом. Снятие измерений производится путем опроса сенсоров через заданные промежутки времени. Поэтому одной из важнейших характеристик отопительных приборов являются их динамические характеристики, определяющие период опроса сенсоров. Предлагаемая оценка динамических характеристик радиаторов может быть использована при разработке систем охлаждения автомобильной техники.
Бесплатно
Статья научная
Применительно к различным моделям поточной динамики (CFD) выполнен анализ движения потока топлива в гидравлическом тракте цилиндрического направляющего прецизионного сопряжения распылителя топливной форсунки дизеля. Моделированием получено распределение давлений и скоростей потока топлива в сопряжении, определены значения радиальной силы и рассмотрены вопросы повышения ресурса направляющего прецизионного сопряжения при высоких (до 120 МПа) давлениях впрыска топлива.
Бесплатно
Оценка надежности системы водитель - автомобиль - дорога - среда (ВАДС) в горных условиях
Статья научная
В статье приведена оценка факторов, влияющих на надежность системы ВАДС в горных условиях. Предложена более подробная классификация факторов, влияющих на надежность системы ВАДС в горных условиях по таким группам признаков, как конструкторско-технологическая, эксплуатационная и дорожно-климатическая. Кроме того, в статье изложена классификация факторов, влияющих на надежность системы ВАДС в горных условиях по признаку управляемости. В классификациях уделено особое значение таким факторам, как высота над уровнем моря, структура надежности элементов системы ВАДС, структура надежности элементов автомобиля, как подсистемы системы ВАДС, вероятностный характер влияния внешних воздействий на элементы автомобиля, виды и частота маневров, их динамичность и т. д. Проанализирована и обоснована специфика влияния основных факторов, определяющих безотказность и долговечность большегрузных карьерных автомобилей в сложных и экстремальных условиях грузоперевозки в горных условиях. Для оценки влияния стохастического характера внешних воздействий, определяющих динамику взаимодействия автомобиля с дорожным полотном, в зависимости от объема выборки, характера протекания процесса, состояния исследуемого объекта и других факторов, выбраны наиболее рациональные методы, основанные на теории вероятностей. Три из них рекомендованы для адекватной оценки влияния внешних воздействий на выходные показатели автомобиля, в частности для оценки процесса взаимодействия автомобиля с дорожным полотном, имеющего вероятностный характер. К числу рекомендованных методов оценки принадлежат такие методы, как метод аппроксимации внешней нагрузки периодической функцией типа синусоиды с определенными значениями амплитуды и периода колебаний, метод разложения периодической функции в ряды Фурье и вероятностно-статистический метод, который основан на учете действия множества случайных факторов, характеризующихся устойчивой частотой.
Бесплатно
Статья научная
С каждым годом возрастают требования к показателям эффективности и экологичности поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Снижение потерь на трение является одним из перспективных способов форсирования ДВС и повышения долговечности его узлов. Особое внимание среди общих механических потерь на трение стоит уделить гидродинамическим потерям на трение различных сложнонагруженных трибосопряжений (ТС). Данные узлы подвергаются высоким температурным и механическим нагрузкам, переменным по времени и величине. Применение микротекстурирования контактирующих поверхностей позволяет снизить величину потерь на трение и предотвратить «масляное голодание», а также увеличить несущую способность узла за счет образования множества «микроклиньев», способствующих увеличению реакции смазочного слоя. Использование текстурирования оказывает влияние на образование зон дивергенции и турбулентности, что является малоизученным аспектом в современной литературе. Текстурирование вкладышей коленчатого вала может иметь вид эллиптических микроямок различных размеров. Данная работа представлена в виде двух частей. В первой части особое внимание уделено анализу научных источников, методикам математического моделирования гидродинамических явлений в смазочном слое. Во второй части работы будут представлены теоретические результаты исследования на примере шатунного подшипника с разными типами текстурирования поверхностей трения. Исходные данные будут базироваться на экспериментальных результатах. Расчеты будут проводиться в программном комплексе Ansys Fluent и разработанном авторами программном обеспечении. Целью данной статьи является рассмотрение текущей теоретической базы рассматриваемых физических явлений и, исходя из этого, формирование общего алгоритма расчета фрикционных потерь в радиальном подшипнике с текстурированием.
Бесплатно
Статья научная
Одним из способов уменьшения фрикционных потерь является применение текстурирования поверхности трения. Использование текстурирования оказывает влияние на образование зон кавитации и турбулентности, что является мало изученным аспектом в современной литературе. Текстурирование вкладышей коленчатого вала может иметь вид эллиптических микроямок различных размеров. Предыдущая часть была посвящена описанию методики моделирования гидродинамических потерь в смазочном слое с учетом явлений кавитации и турбулентности и анализу научных источников. Подробно рассмотрен параметр безразмерного расстояния до стенки y+, а также его влияние на расчет значений напряжений сдвига при использовании современных численных методов. В настоящей работе представлены результаты моделирования смазочного слоя в шатунных подшипниках с разными типами текстурирования поверхности вкладыша, при разных нагрузках. Исходные данные для моделирования базируются на экспериментальных результатах. Расчеты проводились в коммерческом программном комплексе ANSYS Fluent и разработанном авторами программном обеспечении. Полученные данные указывают на положительное воздействие текстурирования поверхности трения шатунного подшипника на его гидромеханические характеристики при правильном подборе геометрических параметров текстуры, что в свою очередь требует проведения оптимизационных и параметрических исследований. Значения доли насыщенных паров зависит как от значения нагрузки, так и от типа текстурирования. Целью данной статьи является оценка влияния текстурирования на гидромеханические характеристики шатунного подшипника.
Бесплатно
Оценка прочности диска турбины проектируемой микрогазотурбинной установки
Статья научная
Проектируемая в ЮУрГУ микротурбинная установка использует радиальную газовую турбину для вращения электрического генератора. Разрабатываемая турбина имеет малые габариты (диаметр колеса турбины 150 мм), высокие обороты (65 000 об/мин на номинальном режиме) и должна надежно работать в течение длительного времени (60 000 ч). Эксплуатация турбины включает как длительные этапы стационарной работы, так и многочисленные переходные режимы при запуске, останове, изменении мощности в связи с изменением нагрузки на генератор. Обеспечение прочности в этих условиях требует анализа длительной прочности и циклической долговечности. Оценка длительной прочности выполнена с учетом перераспределения напряжений на стационарном режиме за счет ползучести. Предположение о том, что деформаций ползучести достаточно для необходимого перераспределения напряжений, позволяет использовать статический подход теории предельного равновесия, что в рамках МКЭ соответствует расчету с использованием идеально упругопластической схематизации материала с предельным напряжением, соответствующим пределу длительной прочности. В статье приведены результаты анализа имеющихся исходных данных и выполненных расчетов. Показано, что один из предложенных вариантов конструкции позволяет обеспечить требуемое значение коэффициента запаса. Расчеты позволяют также оценить возможные механизмы разрушения конструкции для последующего анализа безопасности в аварийных ситуациях. Выполнены также предварительные оценки напряжений на нестационарных режимах. Показано, что инерционные силы при быстром пуске турбины не лимитируют ее прочность. Однако тепловые напряжения при гипотетическом мгновенном увеличении расхода топлива до полного ограничивают допускаемую долговечность 200 циклами «пуск-останов», что свидетельствует о необходимости выработки смягченного регламента пуска.
Бесплатно
