Способ определения давления распыливания топлива

Номер инновационного патента: 28001

Опубликовано: 25.12.2013

Автор: Каракаев Абылхан Космурзаевич

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение относится к области распыливания жидкостей, например, к области впрыскивания топлива форсункой в цилиндр дизеля.
Способ определения давления распыливания топлива, заключающийся в том, что экспериментально путём осциллографирования или на основе гид­родинамического расчёта топливной системы определяют давление распы­ливания топлива перед сопловыми отверстиями распылителя и по этому дав­лению скорость распыливания топлива на выходе из сопловых отверстий wc, отличается тем, что давление распыливания топлива Арс определяют по формуле Арс= wc-c-p из волнового уравнения wc = Арс/(ср), где с - скорость звука в топливе, p=y/g - удельная плотность топлива, у - удельный вес топлива, g-ускорение свободного падения.
Технический результат - повышение точности определения давления распыливания топлива и тем самым повышение надёжности работы и срока службы форсунок, а следовательно, всей топливной системы и всего двигателя в целом. 1 илл.

Текст

Смотреть все

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ экспериментально путм осциллографирования или на основе гидродинамического расчта топливной системы определяют давление распыливания топлива перед сопловыми отверстиями распылителя и по этому давлению скорость распыливания топлива на выходе из сопловых отверстий ,отличается тем, что давление распыливания топлива рс определяют по формуле рс из волнового уравнения рс/(с), где с - скорость звука в топливе, / - удельная плотность топлива, удельный вес топлива, -ускорение свободного падения. Технический результат - повышение точности определения давления распыливания топлива и тем самым повышение наджности работы и срока службы форсунок, а следовательно, всей топливной системы и всего двигателя в целом.(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова Министерства образования и науки Республики Казахстан(56) Каракаев А. К. Гидродинамика впрыскивания топлива в дизелях. -Павлодар Издательство КЕРЕКУ ПТУ им. С. Торайгырова, 2007. -с.121(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ РАСПЫЛИВАНИЯ ТОПЛИВА(57) Изобретение относится к области распыливания жидкостей, например, к области впрыскивания топлива форсункой в цилиндр дизеля. Способ определения давления распыливания топлива,заключающийся в том,что Изобретение относится к области распыливания жидкостей, например, к области распыливания топлива форсункой в цилиндр дизеля. Известен способ определения давления распыливания топлива, заключающийся в том, что по определнному на безмоторном топливном стенде секундному расходу топлива Фс, где Ф-секундный расход топлива (см 3/с), ссуммарная эффективная площадь сопловых отверстий (см 2), с-коэффициент расхода сопловых отверстий - суммарная геометрическая площадь сопловых отверстий(см 2),-скорость впрыскивания топлива на выходе из сопловых отверстий (см/с, вычисляяФ(с), по значениюопределяют давление впрыскивания топлива на основании уравнения Бернулли для установившегося движения жидкости рс 0,5/2,где -удельная плотность топлива (кГс 2/см 4) Каракаев А. К. Двигатели внутреннего сгорания Учебное пособие - практикум по системам питания,автоматического регулирования и управления двигателей. -Павлодар Научный издательский центр ПТУ им. С. Торайгырова, 2003. -с.274. Определение давления распыливания топлива на основании уравнения Бернулли для установившегося движения жидкости рс 0,5/2 является недостатком аналога, так как не соответствует действительности и не обеспечивает необходимой точности определения рс. Ближайшим прототипом является способ определения давления распыливания топлива,заключающийся в том, что как давление распыливания топлива определяют давление в колодце распылителя перед сопловыми отверстиями экспериментально путм осциллографирования или на основе гидродинамического расчта топливной системы, состоящей из топливного насоса и форсунок,соединнных между собой нагнетательными трубопроводами Каракаев А. К. Гидродинамика впрыскивания топлива в дизелях. Павлодар Издатель-ство КЕРЕКУ ПТУ им. С. Торайгырова, 2007. -с.121. Недостаток прототипа заключается в сложности гидродинамического расчта топливной системы и в сложности осциллографирования, а также в то, что не учитывается то обстоятельство, что основным в принципе работы форсунок является нестационарность процесса, получение волн,которые и приводят к распаду жидкости на капли. Сущность изобретения заключается в следующем. Учитывая волновой характер распространения возмущений от начала нагнетательного трубопровода до кармана распылителя,в существующих гидродинамических методах для расчта движения топлива в щели под иглой, в колодце и сопловых отверстиях распылителя, а также распад струи и развитие факела топлива рассматриваются как стационарное или квазистационарное движение и истечение жидкости. В работах автора движение топлива считалось волновым до выходных кромок сопловых отверстий распылителя,были рассмотрены путм 2 имитационного моделирования 10 вариантов расчта, которые дали при определении давления в колодце распылителя рсрк хорошее совпадение с экспериментом, однако скорость истечения топлива при известном в колодце распылителя давлении рсрк считалось по уравнению Бернулли для установившегося движения жидкости,что,естественно, не соответствует действительности Каракаев А. К. Двигатели внутреннего сгорания Учебное пособие - практикум по системам питания,автоматического регулирования и управления двигателей. -Павлодар Научный издательский центр ПТУ им. С. Торайгырова, 2003. -с.274. Известно, что для установившегося процесса вообще опускают члены,соответствующие локальной нестационарности, а по самому режиму работы форсунок устойчивого стационарного режима не получается, основным же в принципе работы форсунок является нестационарность процесса, получение волн, которые и приводят к распаду жидкости на капли Витман Л. А.,Кацнельсон Б. Д., Палеев И. И. Распыливание жидкости форсунками / Под ред. акад. С. С. Кутателадзе. - .- ГЭИ, 1962. с.264. Вычисление скорости распыливания топливапо волновому уравнению по известному рсрк определенному экспериментально непосредственно перед сопловыми отверстиями или методами гидродинамического расчта процесса распыливания топлива, основанными на методах исследования уравнений неустановившегося движения сплошной среды,не дат удовлетворительных результатов, так какполучаются незначительными, намного уступая действительным . А давления распыливания рс,определнные по волновому уравнению при известных скоростях распыливания топлива , по крайней мере на порядок превышает давление в колодце распылителя, определяемые экспериментом или расчтом. Лышевский А. С. Лышевский А. С. Процессы распыливания топлива дизельными форсунками. М. Машгиз, 1963. -180 с, ссылаясь на работы лаборатории физики сверхвысоких давлений АН СССР,например,Некоторые исследования гидродинамики струи жидкости, вытекающей из сопла под давлением 1500 атм / Л. Ф. Верещагин, А. А. Семерчан, А. И. Фирсов и др.// ЖТФ. -1956. -Т. 26. - Вып. И. -С. 2570-2577, заключает, что нарушения сплошности течения струи не было обнаружено даже при р 100 МПа (р 1000 кГ/см 2),что объясняют следующим образом Для образования парогазовых участков струи при е дросселировании необходимо не только значительно снизить давление, но и повысить температуру. Однако после повышения температуры струи при е дросселировании через сопловые отверстия происходит расширение жидкости по выходе из него,которое сопровождается понижением температуры. Эти процессы противоположны по знаку и в значительной степени компенсируют друг друга. Нарушение компенсации происходит лишь при очень высоких давлениях, тогда в струе могут возникнуть разрывы сплошности. По оценочным расчтам авторов для воды это явление наступит примерно при давлении 500 МПа (5000 кГ/см 2). Лышевский А. С. заключает Лышевский А. С. Процессы распыливания топлива дизельными форсунками. -М. Машгиз, 1963. -180 с, что в практике распыливания жидкостей такие давления обычно почти не встречаются. После отражения волны сжатия от свободной поверхности в теле возникают отрицательные давления, т. е. на тело действует растягивающее усилие. Если растягивающее напряжение в области взаимодействия волн разрежения превышает предел прочности вещества на разрыв,то в соответствующем месте тела происходит разрыв, т. е. откол от поверхности тела откалывается пластинка материала и отделяется от остального тела, отлетая от поверхности с определенной скоростью, например, сталь при импульсных нагрузках разрушается при усилиях порядка 3000 МПа (30000 кГЛж ) Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. -М. Наука, 1966.с.688, причм ширина зоны, в которой достигается такой интервал напряжений, тем меньше, чем быстрее происходит спад давления в волнах разрежения Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. -М. Наука, 1966.с.688 при этом соответственно изменяется и шероховатость поверхности откола, которая резко уменьшается в области, где спад давления за фронтом ударной волны сжатия происходит гораздо быстрее. У насос - форсунок двухтактных дизелей ЯМЗ давления достигают 120-150 МПа (1200-1500 кГ/см 2), что сопровождается интенсивным износом сопловых отверстий, а иногда обрывом соплового наконечника по распыливающим отверстиям или поломкой коромысла насос-форсунки в результате резкого повышения давления из-за засорения сопловых отверстий Ховах М. С, Трусов В. И. Системы питания автомобильных дизельных двигателей. - 2-е изд., перераб. и доп. -М. Транспорт, 1967. с.188, признаками чего являются снижение эффективной мощности и густой светлобурый дым отработавших газов. Эти данные противоречат заключению Лышевский А. С. Процессы распыливания топлива дизельными форсунками. -М. Машгиз, 1963. -180 с. Распылители форсунок изготовляются из высококачественной инструментальной стали, т. е. откол или обрыв соплового наконечника по распыливающим отверстиям из-за засорения сопловых отверстий происходит в результате резкого повышения давления свыше 30000 кГ/см 2. Из вышеизложенного следует, что точное определение истинного давления распыливания топлива необходимо для повышения наджности работы и срока службы форсунок, а следовательно,всей топливной системы и всего двигателя в целом, что позволило обосновать и сформулировать ожидаемый технический результат. Технический результат - повышение точности определения давления распыливания топлива и тем самым повышение наджности работы и срока службы форсунок, а следовательно, всей топливной системы и всего двигателя в целом. Технический результат достигается тем, что в способе определения давления распыливания топлива,заключающийся в том,что экспериментально путм осциллографирования или на основе гидродинамического расчта топливной системы определяют давление распыливания топлива перед сопловыми отверстиями распылителя и по этому давлению скорость распыливания топлива на выходе из сопловых отверстий ,давление распыливания топлива рс определяют по формуле рс из волнового уравнения рс/(с), где с - скорость звука в топливе, / удельная плотность топлива, -удельный вес топлива,-ускорение свободного падения. Заявляемый способ определения давления распыливания топлива от способа по прототипу отличается тем, что давление распыливания топлива рс определяют по формулеиз волнового уравнения /, где с - скорость звука в топливе, / - удельная плотность топлива, -удельный вес топлива,-ускорение свободного падения. Сущность изобретения поясняется чертежом. Распылитель форсунки состоит из запорной иглы 1, корпуса распылителя 2, отъмного соплового наконечника(тензодатчика-сопла) 3 с предсопловым каналом (колодцем) 4, тензодатчиком 5 и сопловыми отверстиями 6. Распылитель с отъмным сопловым наконечником прижимается к корпусу форсунки гайкой 7. Запорная игла 1 и корпус распылителя 2 образуют карман распылителя 8. В корпус распылителя выполнен канал 9 для подвода топлива в карман распылителя 8 от топливного насоса. При работе топливной системы топливо от топливного насоса поступает по каналу 9 в карман распылителя 8, повышая давление топлива в нм. Когда давление в кармане распылителя 8 станет равным давлению открытия запорной иглы 1,запорная игла 1 поднимается и открывает доступ топлива к предсопловому каналу 4 и к сопловым отверстиям 6,а тензодатчиком 5 осциллографируется давления распыливания топлива. По этому давлению определяется скорость распыливания топлива на выходе из сопловых отверстийпо уравнению Бернулли для установившегося движения жидкости(2/)0,5(2/)0,5, (1) где /-удельная плотность топлива, кГс 4/см 2 835 кГ/м 3835 10-6 кГ/см 3-удельный вес топлива 9,81 м/с 2981 см/с 2-ускорение свободного падения. При распыливании топлива в атмосферу принимаем рс-ро рс.(2 рс/)0,5(2981106 рс/835)0,5, (2) 3 где ро- давление окружающей среды. Определяем по формуле (2)при разных рс при рс 500 кГ/см 2343 м/с 34300 см/с при рс 1000 кГ/см 2485 м/с 48500 см/с при рс 1500 кГ/см 2594 м/с 59400 см/с при рс 2000 кГ/см 2685,5 м/с 68550 см/с. Давление распыливания топлива согласно защищаемой формулы изобретения, т. е. из волнового уравнения рс/(ср) определяется по следующей формуле/ . (3) Принимаем скорость звука в топливе с 1400 м/с 140000 см/с. рс/140000 10-6-835/981. (4) Давление распыливания топлива по волновому уравнению определим при следующих значениях скоростей распыливания топлива на выходе из сопловых отверстий с м/с 343 485 594 685,5 при 343 м/с 34300 см/с получается рс 4087,30 кГ/см 2 при 485 м/с 48500 см/с получается рс 5781,20 кГ/см 2 при 594 м/с 59400 см/с получается рс 7080,48 кГУсм 2 при 685,5 м/с 68550 см/с получается рс 8171,16 кГ/см 2. Таким образом, заявляемый способ определения давления распыливания топлива позволяет более точно определить давление распыливания топлива и проектировать форсунки и другие распыливающие устройства в различных областях человеческой деятельности с учтом того, что основным в принципе работы форсунок является нестационарность процесса, получение волн,которые и приводят к распаду жидкости на капли, и тем самым повысить наджность работы и срока службы форсунок, а следовательно, всей топливной системы и всего двигателя в целом. Научно-практическое значение изобретения заключается в том, что на основе его может разрабатываться гидродинамика неустановившегося сплошной среды (НДСС) в напорных линиях различных систем, в том числе и при разработке гидродинамики распыливания топлива в дизелях, а также новых технических решений для обеспечения эффективности и повышенной безопасности трубопроводных систем,что может быть использовано и при создании Ядерной энергетики повышенной безопасности. Практическое значение изобретения состоит в том, что с его помощью можно существенно повысить эффективность технических устройств, имеющих каналы и трубы с переменными по времени и координате сечениями, 4 причм достаточно вспомнить, что наша земля буквально опоясана пересекающейся сетью водо-,газо- и других трубопроводов, в том числе и продуктопроводов, не говоря о том, что ни одна машина, ни одна из электрических, тепловых и атомных станций не обходится без трубопроводов и каналов с изменяющимися по времени и координате сечениями более обоснованно назначать мероприятия, препятствующие выходу из строя (в результате резкого повышения давления при перекрытии и закрытии каналов) отдельных агрегатов и трубопроводов, регулирующих и управляющих устройств, применяемых в различных отраслях народного хозяйства, а также в биологических системах, например, в системах кровообращения человека и животных дают возможность объяснить неясные вопросы,неразрешимые существующими положениями,например, ударное повышение давления в напорных линиях самолтных гидросистем из-за быстродействия устройств управления,что зачастую является причиной срабатывания отдельных устройств (реле давления, гидрозамков и т. д.), в том числе и резкие повышения давления перед сопловыми отверстиями, приводящие к отраву сопловых наконечников распылителей дизельных форсунок обосновать получение высоких давлений распыливания, например,высоких давлений распыливания при относительно малых давлениях,создаваемых плунжером топливного насоса высокого давления (ТНВД), что,в свою очередь, повышает надежность работы ТНВД и всей топливной системы дизеля, уменьшая нагруженность ТНВД путем уменьшения контактных напряжений в паре кулачок-ролик толкателя. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ определения давления распыливания топлива,заключающийся в том,что экспериментально путм осциллографирования или на основе гидродинамического расчта топливной системы определяют давление распыливания топлива перед сопловыми отверстиями распылителя и по этому давлению скорость распыливания топлива на выходе из сопловых отверстий ,отличающийся тем, что давление распыливания топлива рс определяют по формуле рс из волнового уравнения рс/(с), где с - скорость звука в топливе, / - удельная плотность топлива,-удельный вес топлива, -ускорение свободного падения.

МПК / Метки

МПК: F02M 65/00

Метки: определения, давления, способ, распыливания, топлива

Код ссылки

<a href="https://kz.patents.su/5-ip28001-sposob-opredeleniya-davleniya-raspylivaniya-topliva.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ определения давления распыливания топлива</a>

Похожие патенты