АЛГОРИТМ РАСЧЁТА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ПРЕЦИЗИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДИЗЕЛЕЙ С УЧЕТОМ НЕСТАЦИОНАРНОСТИ ОБЛИТЕРАЦИИ ИХ ЗАЗОРОВ

Казанцев С.Н.

Внутренние войска МВД России

АЛГОРИТМ РАСЧЁТА ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ ПРЕЦИЗИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДИЗЕЛЕЙ С УЧЕТОМ НЕСТАЦИОНАРНОСТИ ОБЛИТЕРАЦИИ ИХ ЗАЗОРОВ

Аннотация

В статье рассмотрены вопросы течения жидкости в узких щелях, возникновение явления облитерации, а также дано экспериментальное подтверждение.

Ключевые слова: плотность, прецизионный элемент, облитерация, зазор.

Kazantsev S.N.

Internal Troops of the Ministry of Internal Affairs of Russia

ALGORITM FOR CALCULATING THE HYDRODYNAMIC DENSITIES PRECISION ELEMENTS OF DIESEL ENGINES WITH REGARD UNSTEADINESS OBLITERATION OF THEIR CLEARANCES

Abstract

In the article the questions of fluid flow in narrow cracks, the occurrence of the phenomenon of obliteration are considered, and also experimental confirmation is provided.

Keywords: density, precision element, obliteration, clearance.

 

Одной из гипотез возникновения облитерации в узких щелях и капиллярах является следующая - при движении жидкости в узких зазорах происходит ее электризация. В зависимости от активности материала деталей, образующих зазор, поверхностный слой жидкости может приобретать положительную или отрицательную полярность. В результате электрического и молекулярного взаимодействия происходит адсорбция этого слоя на поверхности деталей, т. е. Детали приобретают поверхностный потенциал первого слоя жидкости. При трении жидкости в зазоре, последующий слой ее приобретает противоположный первому слою потенциал и также адсорбируется на первом слое. Таким образом, происходит наложение слоев жидкости, полярность которых чередуется. На границах разнополярных слоев возникают запорные слои, подобные запорным слоям в диодах и транзисторах. Число слоев (равно толщине пограничного слоя) ограничивается равенством сил сцепления последнего слоя с предыдущим в пограничном слое и сил вязкости этого слоя основным потоком жидкости в зазоре. Многослойная жидкость в пограничном слое подобна большому количеству транзисторов в «запертом состоянии» включенных последовательно. Сопротивление этого слоя прохождению электрического тока придвижение жидкости возрастает в десятки, сотни, даже тысячи раз по сравнению с сопротивлением слоя жидкости в покое той же толщины и площади. Этот эффект может найти применение при изучении и объяснении облитерации жидкости в зазорах и позволит избежать ошибок при измерении толщины пленки диэлектрической жидкости емкостным и другими способами.

С другой стороны, мы видели [1], что молекулярные явления, связанные с образованием границы адсорбционных слоев, играют исключительно важную роль в различных процессах смазки, холодной обработки металлов и воздействия на прочность твердых тел. Однако не только эти фундаментальные проблемы тесно связаны с необходимостью учета молекулярных эффектов.

Решение проблем смазки подшипников двигателя гидроплотности прецизионных элементов в значительной степени зависит от успехов развития молекулярной физики граничных слоев.

Как показывают наблюдения, при протекании жидкостей, их смесей и растворов, через капиллярные щели и каналы происходит уменьшение объемной скорости истечения, часто приводящее к полной облитерации капиллярной системы.

Для вполне чистых жидкостей, не способных к адсорбции на твердых стенках, эти явления могут получить чисто физическое объяснение как результат влияния поля твердой фазы. Можно допустить, что при постепенном уменьшение сечения капиллярной щели достигаются такие его размеры, при которых под действием поля твердой фазы увеличивается вязкость жидкости (аномальная вязкость тонких слоев жидкости) и классический закон истечения (Пуазейля) нарушается.

Приналичие в жидкости растворенного вещества, способного к адсорбции (масла с поверхностно – активными присадками), явление облитерации легко объясняется образованием адсорбционных слоев.

Технические топлива и масла за счет содержащихся в них смолоподобных загрязнений способны образовывать у твердых стенок не только адсорбционные слои, обладающие высокой упругостью, но также сложные, малоизученные рыхлые молекулярные структуры, способные выдержать значительные гидростатические давления, но очень легко разрушимые, например, с помощью вибраций.

Недостатком полученных нами ранее зависимостей [2] является то, что они не учитывают влияние времени на изменение эффективности вязкости рабочей жидкости. В связи с этим утечки рабочей жидкости рассчитанные по приведенной выше зависимости отражаются квазистационарный процесс течения.

Эксперименты показывают [3], что толщина адсорбционного слоя и других рыхлых структур на поверхностях щелевых уплотнений  и деталях прецизионных элементов определяется следующей зависимостью

h = h_max[1 – exp ( - αt)]                                            (1)

где h_max- максимальная толщина адсорбционного слоя;

t- время после начала течения жидкости;

α- коэффициент пропорциональности, зависящий от материала уплотнений и свойств жидкости.

Величина зазора с течением времени будет изменяться по следующей зависимости [3]

δ = δ_н - 2h_max[1 – exp ( - αt)]                                 (2)

а скорость его зарастания следующим уравнением

δ⁰ = 2αh_maxexp( - αt)                                          (3)

Подставляя полученные значения  и  в уравнения расхода получаем

              (4)

гдеQ_н - то же что и для уравнения Пуазейля;

l_э- длина элемента.

Аналогичная зависимость была получена Никитиным Г.А. [3]. Однако им был упущен член 2πRl_эh_maxe^-αt. Анализ порядка величины показывает, что этот член имеет такой же порядок, как и два первых члена уравнения [4].

Значения h_max и α, входящие в это уравнение, можно определить только экспериментально следующим образом

          (5)

В момент начала течения жидкости через зазор

                        (6)

 можно найти из экспериментальной кривой расхода. Она будет равна , соответствующему наклону касательной к кривой расхода. Тогда

                               (7)

Рисунок 1 – ЗависимостьQ от tдля дизельного топлива

Рисунок 2 – Зависимость Q/Q_н от t, для веретенного масла АУ

Откуда

                                         (8)

В этой зависимости   - экспериментальные значения.

                                         (9)

так как при .

На рис. 1 показаны зависимости расхода дизельного топлива вязкостью  υ= 5,3сС_тчерез прецизионный зазор нагнетательного клапана со следующими размерами и параметрами: D=6 мм; l=1 мм; δ=10 мкм; P=7 Мпа.

Обработка результатов экспериментальных исследований показывают, что для δ=10 мк; h_max=0,5 мкм; α=0,0051/с; =0,68. Облитерация зазора зависит от перепада давления по длине зазора, степени очистки топлива, формы зазора, физических свойств самого топлива, а также температурного режима течения.

На рис. 2 показана зависимость относительной величины расхода  веретенного масла АУ от времени проливки по результатам работы [3]. Зазор 22 мкм, ∆P = 2 Мпа.

Для веретенного масла, применяемого в опрессовочных смесях h_max = 1,75 мкм.

Таким образом, результаты теоретического и экспериментального исследований показывают, что при опрессовке прецизионных элементов дизелей необходимо учитывать облитерацию их зазоров.

Так же, расход опрессовочных смесей при течение через зазоры элементов уменьшается со временем, то при определение гидроплотности необходимо использовать среднюю величину расхода.

Необходимо строго учитывать степень фильтрации жидкости, опрессовочного давления и температуру окружающего воздуха. При проверке прецизионных элементов рекомендуется использовать опрессовочную смесь, отвечающую всем техническим условиям и требованиям. Замена жидкости на другую приведет к изменению расхода и ошибочному определению параметров гидроплотности.

Описанные явления неоднократно отмечались в литературе. Среди них назовем исследования физико-химических явлений, лежащих в основе процессов фильтрационной очистки. Работа порошковых, керамических, бумажных и других фильтров тесно связана с явлениями адсорбции.

Литература

1. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. –М.: Машиностроение, 1969.
2. Клименко И.П., Белобородов С.М., Расчет гидравлической плотности прецизионных элементов дизелей с учетом облитерации. В сб. Проблемы обеспечения эксплуатационной надежности многоцелевых гусеничных и колесных машин. Издательство ПВИ ВВ МВД России.
3. Никитин Г.А. Щелевые и лабиринтные уплотнения гидроагрегатов. –М.: Машиностроение, 1982, 135 с.

References

1. Akhmatov, A. S., Molecular physics of boundary friction. –M.: Mashinostroenie, 1969. 2. Klimenko, I. P., S. M. Beloborodov, the hydraulic Calculation of the density of the precision elements of diesel engines with regard to obliteration. In: problems of ensuring operational reliability multipurpose tracked and wheeled vehicles. Publisher PVI VV MVD. 3. Nikitin G. A. Annular and labyrinth seals hydraulic units. –M.: Mashinostroenie, 1982, p. 135.