содержание      ..     9      10      11      12     ..

Автомобильные роторно-поршневые двигатели (1964 год) - часть 11

 

 

Ускорение любых точек ротора РПД в их абсолютном движении может быть получено путем сложения составляющих векторов: центростремительного ускорения вращательного движения точек ротора по отношению к его оси и центростремительного ускорения переносного движения ротора [его поступательного перемещения при движении оси производящего круга вдоль окружности, описываемой осью О (фиг. 22)].

Эти векторы имеют постоянную величину, но переменное направление. 

 

 

 

При рассмотрении механизма РПД с планетарным движением ротора можно установить, что нагрузка на зубья синхронизирующих шестерен определяется лишь моментом сил трения элементов системы уплотнения.

На подшипники ротора и эксцентрикового вала действуют силы давления газов, равнодействующая которых пересекает ось ротора, и центробежные силы ротора и 

 

 эксцентрика. Амплитуда удельных нагрузок от центробежных сил возрастает пропорционально квадрату числа оборотов. Поэтому одним из препятствий к повышению числа оборотов валов РПД данного вида является недопустимое увеличение инерционных нагрузок на подшипники. В то же время следует отметить возможность полной динамической и статической балансировки ротора РПД. Вследствие этого центробежные силы ротора в комплекте и моменты этих сил могут быть практически полностью уравновешены.

 

При схеме РПД типа Ванкель с числом выступов ротора

p=3 и т=3/2 = за три оборота эксцентрикового 

 

вала осуществляются три рабочих цикла в одной секции (совокупности отсеков между отверстием корпуса и ротором). В этом случае одна секция РПД в отношении равномерности вращения эксцентрикового вала эквивалентна одноцилиндровому двухтактному или двухцилиндровому четырехтактному ПД. При установке такого двигателя на автомобиле возникают значительные колебания его элементов. Необходимый момент инерции маховика двигателя получается большим, что отрицательно влияет на приемистость автомобиля. Вследствие этого, а также вследствие отмеченного выше увеличения удельного веса секции с ростом мощности наряду с односекционными РПД разрабатываются схемы РПД с несколькими отдельными секциями при общем вале ротора. Возможно также выполнение силового агрегата, состоящего из нескольких параллельно действующих РПД.

При переходе к схемам РПД с несколькими параллельно действующими секциями кинематика каждой из них и динамика элементов уплотнения остаются такими же, что и у односекционного РПД.

Увеличение числа секций РПД данной мощности дает возможность уменьшить момент инерции и вес маховика. Однако многосекционный РПД значительно сложнее односекционного.



*

Рассмотрев особенности кинематики и динамики элементов РПД с зацеплением роторов посредством синхронизирующих шестерен, можно отметить, что в на-стоящее время наиболее целесообразными из кинематических схем этих двигателей являются схемы с планетарным движением одного ротора.

В случае реализации этих схем достигаются благоприятные условия для непрерывного сопряжения элементов контактного уплотнения с корпусом. При наличии контактных уплотнений предельная окружная скорость в сопряжении с корпусом определяется чрезмерным увеличением сил трения.

Приведенные конкретные данные о кинематических и динамических закономерностях РПД данного подкласса относятся в основном к схемам с эпитрохоидным профилированием корпуса. 

 

 

 

Элементы рабочих процессов в системах уплотнений отсеков

Изучение рабочих процессов, протекающих в сопряжениях системы уплотнений отсеков РПД, пока находится в начальной стадии. В известной степени здесь сказывается недостаточная изученность аналогичных процессов в системах уплотнений ПД, что может быть объяснено хорошими практическими результатами применения уплотнений в последних.

При рассмотрении процессов, происходящих в сопряжениях систем уплотнений РПД, в первую очередь следует остановиться на процессах истечения через очень узкие щели в сопряжениях и стыках элементов контактных уплотнений.

Результаты исследований ПД показывают, что нормальная работа объемных двигателей, к которым следует относить РПД, возможна, если относительная доля утечки заряда из отсека не превышает 3%. При большей утечке не только существенно снижаются эффективные и экономические показатели двигателя, но и резко ухудшаются условия работы контактирующих элементов вследствие разрушения масляной пленки потоками газов. 

 

Влияние утечек на показатели двигателя значительно возрастает по мере снижения числа оборотов, и особенно оно отражается на пусковых качествах двигателя.

Уплотнения рабочих отсеков РПД пока менее совершенны, чем уплотнения ПД. Значительно большая сложность создания уплотнений РПД, как было отмечено при рассмотрении их известных схем, определяется разрывным характером контура уплотняемых отсеков с пересечением нескольких ветвей контура и малой длиной зоны уплотнения. Последнее в особенности относится к РПД с трохоидно-точечными системами профилирования, где в каждом из сопряжений удается разместить лишь один элемент уплотнения.

Если в обычных системах уплотнений ПД влияние износа отдельных поршневых колец на утечки в большой мере компенсируется остальными кольцами данного поршня, то в РПД с циклоидальным профилированием элементов такая система компенсации износа элементов уплотнения невозможна. Однако износ элементов системы уплотнений РПД не приводит к раскрытию стыка сопряжений радиального и торцовых элементов.

При износе элементов уплотнения РПД эти элементы перемещаются под действием пружин-расширителей, поэтому теоретически износ может быть компенсирован. Практически уплотнения в РПД необходимо заменять вследствие неравномерного износа деталей и нарушения их исходных геометрических форм.

Как и в ПД, работа уплотнений в РПД происходит при наличии масляной пленки, образованию которой способствует действие центробежных сил на частицы масла, введенные в рабочую полость. Наличие масляной пленки, необходимой для (предотвращения сухого трения и уменьшения потерь в сопряжении, способствует повышению эффективности уплотнений. Однако образование устойчивой масляной пленки на поверхностях деталей двигателя после его пуска происходит относительно медленно. Ввиду этого при пуске двигателя и в период его последующего прогрева наличие масляной пленки относительно мало влияет на величину утечек газа через сопряжения системы уплотнения РПД. В то же время после образования масляной пленки влияние ее на эффективность уплотнения весьма велико. 

 

Истечение газа через сопряжения системы уплотнения из одного отсека в другой в РПД происходит при переменных давлении и температуре газа.

При относительно больших скоростях изменения давления в отсеках, что характерно для быстроходных двигателей, использование уравнений стационарных течений для расчета расхода газа через каналы, обусловленные неплотностью сопряжений контактных систем уплотнений (фиг. 29,б), носит условный характер. Эта условность определяется нестационарностью процесса и наличием масляной пленки на сопрягаемых поверхностях, что необходимо учитывать в последующих исследованиях. 

 

 

 

Как видно из диаграммы, в течение большей части процесса расширения режим истечения через сопряжения элементов системы уплотнения является надкритическим. Обращает внимание возможность частичного использования утечек газа из отсека, где давление выше, чем в сопряженных отсеках, для пополнения газом предыдущих отсеков. Такие условия характерны для РПД с большим числом выступов ротора. 

 

Фиг. 29. Форма каналов в сопряжениях систем уплотнения РПД.

 

 

Каналы в сопряжениях элементов систем уплотнения, через которые происходит истечение газа из рабочих отсеков РПД, представляют собой узкие щели (фиг. 29).

Профиль канала типа А соответствует теоретическому сопряжению образующей точки с боковым трохоидным профилем при циклоидально-точечной системе зацепления элементов РПД.

Профиль канала типа В соответствует более общим случаям неточечного сопряжения элементов РПД. К этим случаям относится, в частности, сопряжение скругленных пластин с эпитрохоидным корпусом.

Профиль канала типа С свойственен щелям в стыке радиального и торцового элемента уплотнения.

На фиг. 29, б показано сечение каналов, обусловленных микронеровностями сопряженных поверхностей. Максимальный расход газа через каналы типа В (фиг. 29, а) при надкритическом режиме истечения может быть рассчитан по уравнению 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание      ..     9      10      11      12     ..