დიზელის ძრავებისთვის ლითონის C-რგოლის ფორმის სტატიკური დალუქვის დიზაინისა და გამოყენების კვლევა 700°C / 100 MPa ექსტრემალურ პირობებში

თანამედროვე მაღალი წარმადობის დიზელის ძრავების კვლევის, განვითარებისა და დიზაინის დროს, ცილინდრის თავის შუასადები (დალუქვის სტრუქტურა) ექვემდებარება მთელ ძრავში ყველაზე მძიმე თანმხლებ თერმექანიკურ დატვირთვებს. თუჯის ძრავის ბლოკსა და ალუმინის შენადნობის ცილინდრის თავს შორის ფიზიკური თვისებების განსხვავების გამო, მაღალი ტემპერატურის, მაღალი წნევის და დინამიური ციკლური დარტყმების დროს ხდება ძალიან რთული გადაადგილებები და დეფორმაციები.

ექსტრემალური ოპერაციული პირობების გადასაჭრელად700–800°C პიკური ტემპერატურა, 100 MPa ციკლური პულსური წნევადათუჯის/ალუმინის შენადნობის განსხვავებული ლითონის კომბინაცია, ისლითონის C-რგოლის სტატიკური დალუქვათავისი უნიკალური სტრუქტურული ელასტიურობითა და ზამბარისებური შესაძლებლობით, იდეალურ გადაწყვეტას წარმოადგენს ცილინდრის წვის წნევის გაჟონვის თავიდან ასაცილებლად.

1. ოპერაციული გამოწვევები და მექანიზმის ანალიზი

ლითონის C-რგოლების გამოყენების ანალიზამდე, უნდა განისაზღვროს სამი ძირითადი გამოწვევა, რომელსაც ეს ოპერაციული პირობები წარმოშობს:

1. თერმული დაძაბულობისა და თერმული გაფართოების შეუსაბამობა (თერმული დაჭიმულობა / ძვრის დეფორმაცია):

   ხაზოვანი თერმული გაფართოების კოეფიციენტითუჯის ცილინდრის ბლოკიდაახლოებით არის $10 \sim 12 \times 10^{-6} /\text{K}$, მაშინ როდესაცალუმინის შენადნობის ცილინდრის თავიაღწევს $22 \sim 24 \times 10^{-6} /\text{K}$. 700–800°C პიკურ ტემპერატურაზე, ალუმინის ცილინდრის თავის გაფართოება მნიშვნელოვნად მაღალია, ვიდრე თუჯის ბლოკის, რაც იწვევს მძიმეფარდობითი თერმული გადაადგილება და ძვრის ძალებიდალუქვის ზედაპირთან. გარდა ამისა, რადგან ალუმინის შენადნობების დაჭიმვისა და დენადობის ზღვარი მკვეთრად ეცემა 200–250°C-ზე ზემოთ, ლოკალიზებული დამჭერი ძალის გადაჭარბებული გამოყენება შეუძლებელია, რადგან ამან ადვილად შეიძლება გამოიწვიოს პლასტიკური ჩაღრმავება ალუმინის თავის ღარის ზედაპირზე.

2. 100 MPa მონაცვლეობითი დარტყმითი წნევა (დინამიური დალუქვის ნაპრალის გამოყოფა):

   დიზელის წვის წნევა ავლენს მაღალი სიხშირის და მაღალი რყევის იმპულსურ მახასიათებლებს. 100 მპა პიკური ციკლური წნევა იწვევს ცილინდრის თავის ჭანჭიკების მცირე ელასტიურ წაგრძელებას, რაც იწვევსმიკრომეტრის მასშტაბის მონაცვლეობითი უფსკრულის გამოყოფაცილინდრის თავსა და ძრავის ბლოკს შორის. ტრადიციულ მყარ შემავსებლებს ან ჩვეულებრივ ლითონის შუასადებებს არ გააჩნიათ თვითგამაძლიერებლის უნარი და აღდგენის სიჩქარე, რაც მათ უკიდურესად დაუცველს ხდის მიკროგაჟონვის ან ეროზიის მიმართ ასეთი დინამიური უფსკრულის რყევების დროს.

3. მაღალი ტემპერატურის დიზელის წვის აირის ეროზია:

   წვის გამონაბოლქვი აირი შეიცავს რთულ ოქსიდებს, დაუწვავ ნახშირბადის ნაწილაკებს და სულფიდებს. 800°C-ის ექსტრემალურ ტემპერატურაზე ის ავლენს ძლიერ თერმულ დაჟანგვას და კოროზიულობას; შესაბამისად, დალუქვის სუბსტრატის მასალას უნდა ჰქონდეს განსაკუთრებული მაღალტემპერატურული დაჟანგვისადმი მდგრადობა და ცოცვისადმი მდგრადობა.

2. ლითონის C-რგოლების მუშაობის პრინციპი და თვითგამაძლიერებელი მექანიზმი

ლითონის C-რგოლი არის მოხრილი ლითონის მილი ან ფორმირებული რგოლი ღია განივი კვეთით, სადაც ღიობი მაღალი წნევის მხარისკენაა მიმართული (ანუ წვის კამერის შიგნით).

მაღალი წნევის მხარე (წვის კამერა 100 მპა) ────► │ ╭────┐ │ │ │ ◄── ლითონის C-რგოლის ფორმის კედლის ცილინდრი │ │ ◄─── მაღალი წნევის შესასვლელი (შიგნით გახსნა) თავი │ │ │ (ალუმინი) │ ╰────┘ ────► დაბალი წნევის მხარე (ატმოსფერო / წყლის ქურთუკი)

1. საწყისი წინასწარი გამკაცრების დალუქვა:მონტაჟის დროს, ცილინდრის თავის ჭანჭიკებით გამოყენებული წინასწარი გამკაცრების ძალა იწვევს C-რგოლის ელასტიური გაბრტყელების დეფორმაციას. C-რგოლის გარეთა რკალისებრი ზედაპირები მჭიდროდ ეკვრება ღარის ზედა და ქვედა დალუქვის ზედაპირებს, რაც ქმნის საწყის დალუქვის კონტაქტურ წნევას.

2. წნევის დახმარებით დალუქვის ეფექტი:როდესაც 100 მპა დიზელის წვის წნევა C-რგოლის შიდა ნაწილში იზრდება, მაღალი წნევის გარემო მოქმედებს C-რგოლის შიდა კედელზე, რაც გარეგანი გაფართოების ძალას წარმოქმნის.რაც უფრო მაღალია სისტემის წნევა, მით უფრო დიდია C-რგოლის გარეგანი გაფართოების ძალა., რითაც ავტომატურად ანაზღაურდება 100 მპა წვის დარტყმითი ძალის მიერ გამოწვეული ჭანჭიკების გაჭიმვის მცირედი უფსკრული.

3. მაღალი ზამბარისებური კომპენსაციის ტევადობა:მყარი ლითონის შუასადებლებთან შედარებით, C-რგოლებს აქვთ მნიშვნელოვანი აღდგენის სიჩქარე. მაშინაც კი, როდესაც ძრავის ბლოკსა და ცილინდრის თავს შორის თერმული გაფართოების/შეკუმშვისა და წნევის ტალღების გამო მიკრომეტრიული მასშტაბის დინამიური რყევები ხდება, C-რგოლი ინარჩუნებს უწყვეტ კონტაქტურ წნევას გამონაბოლქვი აირების გაჟონვის თავიდან ასაცილებლად.

3. მასალის ძირითადი შერჩევა და სტრუქტურული დიზაინის სპეციფიკაციები

ექსტრემალურ პირობებში ხანგრძლივი სტაბილური მუშაობის უზრუნველსაყოფად, მასალები და პროცესები უნდა იყოს მორგებული:

3.1 სუბსტრატის მასალის შერჩევა (მაღალ ტემპერატურაზე ცოცვისადმი მდგრადობა და ელასტიურობის შენარჩუნება)

700–800°C მაღალ ტემპერატურაზე, ჩვეულებრივი უჟანგავი ფოლადები (მაგალითად, 304 ან 316) სწრაფად განიცდიან დაძაბულობის მოდუნებას და კარგავენ ელასტიურობას.

• რეკომენდებული მასალები: ინკონელი 718 (ნიკელის ბაზაზე დამზადებული ნალექით გამკვრივებული შენადნობი) or ინკონელი X-750.

• უპირატესობები:Inconel 718 ინარჩუნებს განსაკუთრებით მაღალ დენადობის ზღვარს, ცოცვისადმი წინააღმდეგობას და შესანიშნავ ელასტიურობის მოდულს 700–800°C-მდე მაღალ ტემპერატურაზეც კი, რაც მას მაღალი ტემპერატურის ციკლური დაძაბულობისადმი გამძლეობის სასურველ არჩევნად აქცევს.

3.2 ზედაპირის მოპირკეთება / საფარის დიზაინი (მიკროუხეშობის შევსება და ალუმინის სუბსტრატის დაცვა)

• სიმტკიცის შეუსაბამობის პრობლემა:ინკონელის შენადნობები გაცილებით უფრო მყარია, ვიდრე ალუმინის შენადნობები. პირდაპირი კონტაქტის შემთხვევაში, მყარი C-რგოლი დარბილებული ალუმინის ღარში ჩაიჭრება და ზედაპირს დააზიანებს.

• საფარის ხსნარი:რბილი, მაღალი ტემპერატურისადმი მდგრადი ლითონის ფენის ელექტროპლაკონირება, მაგალითადვერცხლის მოოქროვილი(ან ოქრო/პლატინა ულტრა-მომთხოვნი პირობების შემთხვევაში), ან C-რგოლის გარე ზედაპირზე წაისვით სპეციალიზებული მაღალტემპერატურული საფარი.

  • ფუნქცია 1:წინასწარი გამკაცრების ძალის ქვეშ, რბილი ვერცხლის ფენა გადის პლასტმასის ნაკადს, რათა შეავსოს თუჯის და ალუმინის ღარებზე მიკროსკოპული დამუშავების ნიშნები, რაც უზრუნველყოფს ნულოვან გაჟონვას.

  • ფუნქცია 2:ემსახურება ბუფერული ფენის როლს, რათა დაიცვას შედარებით რბილი ალუმინის ცილინდრის თავის ღარი ჩაღრმავებისგან.

  • ფუნქცია 3:ხელს უშლის სხვადასხვა ლითონებს შორის მაღალ ტემპერატურაზე კონტაქტით გამოწვეულ ხრახნიან ცვეთას.

4. ღარის მონტაჟისა და დალუქვის საინჟინრო პრაქტიკა

5. შეჯამება და მიმოხილვა

თუჯის ცილინდრის ბლოკისა და ალუმინის შენადნობის ცილინდრის თავის კომბინირებულ სტრუქტურაში, მიმართული700–800°C უკიდურესად მაღალი ტემპერატურადა100 MPa მაღალი სიხშირის პულსური წნევადიზელის წვის გარემო,ვერცხლისფერი მოოქროვილი Inconel 718 ლითონის C-რგოლიწარმოადგენს საიმედო და ტექნიკურად მომზადებულ სტატიკური დალუქვის გადაწყვეტას.

მისი ძირითადი უპირატესობები მდგომარეობს შემდეგში:

• იდეალურად ადაპტირებულია 100 მპა წნევის ტალღებით გამოწვეული უფსკრულის მონაცვლეობითი გამოყოფის დროს, a-ს მეშვეობითწნევით დამხმარე თვითენერგიის მექანიზმი;

• თუჯსა და ალუმინის შენადნობს შორის არათანაბარი თერმული გაფართოების კომპენსირება შემდეგი მეთოდის გამოყენებით:ნიკელზე დაფუძნებული მაღალი ტემპერატურის შენადნობების მაღალი ელასტიურობა;

• მიკროსკოპული უხეშობის შევსების და ალუმინის ზედაპირის დაცვის პრობლემის გადაჭრარბილი გარე ზედაპირის მოპირკეთება.

პროექტირების პროცესში, C-რგოლის ჭანჭიკების წინასწარი დაჭიმვის ძალის, ღარის განზომილებიანი ტოლერანტობის და მაღალი ტემპერატურის უკუქცევის მრუდების ზუსტად გამოსათვლელად, ძრავის ეფექტური, ნულოვანი გაჟონვისა და საიმედო მუშაობის უზრუნველსაყოფად, მკაცრად უნდა შესრულდეს სასრული ელემენტების თერმომექანიკური შეწყვილებული ანალიზი (FEA), რაც უზრუნველყოფს ძრავის ეფექტურ, ნულოვანი გაჟონვისა და საიმედო მუშაობას მისი მთელი მომსახურების ვადის განმავლობაში.