Исследование теплонапряженного состояния втулки цилиндров судового малоразмерного дизеля

Темой работы является анализ причин основных нарушений работы цилиндропоршневой группы судовых дизелей, в большинстве случаев возникающих вследствие воздействия на детали высоких температур и давлений. Целью проведенного исследования является расчетная оценка влияния внутрицилиндровых показателей рабочего процесса на теплонапряженное состояние втулок цилиндров маломерного судового дизеля 4Ч8,5/11 на номинальном режиме работы. Исследование проводилось с использованием метода конечных элементов, реализованного в программном комплексе Ansys, при помощи которого были решены задачи тепломеханического анализа состояния цилиндровой втулки. При проведении вычислений в качестве граничных температурных условий были приняты экспериментальные данные, для задания граничных условий давления на втулку цилиндров была использована индикаторная диаграмма, полученная для данного судового дизеля. Тепломеханический анализ проводился при постепенном увеличении расчетных нагрузок. Исследование включало два этапа: на первом этапе определялось температурное поле в цилиндровой втулке с учетом действующих тепловых нагрузок и свойств материала, рассчитывался тепловой поток через стенки втулки; на втором этапе рассчитанные температурные параметры были использованы для определения деформаций втулки с учетом действующих на нее давлений. Полученные результаты показали, что максимальная общая деформация под действием тепловых и механических нагрузок наблюдается в верхней части цилиндровой втулки. Определены запасы прочности при фактических нагрузках, соответствующих режиму номинальной мощности. Результаты исследований могут быть использованы для конструктивной модернизации деталей цилиндропоршневой группы дизеля 4Ч8,5/11, а также определения возможностей его дальнейшего форсирования

1. Жуков В. А. Влияние износа деталей цилиндропоршневой группы дизеля на температурное состояние поршня / В. А. Жуков, О. В. Мельник, Л. В. Тузов // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2018. — Т. 10. — № 5. — С. 1040–1052. EDN YQXNKP. DOI: 10.21821/2309-5180-2018-10-5-1040-1052.

2. Безюков О. К. Охлаждение транспортных двигателей внутреннего сгорания / О. К. Безюков, В. А. Жуков, В. Н. Тимофеев. Санкт-Петербург: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Государственный университет морского и речного флота им. адмирала С. О. Макарова, 2015. — 272 с. EDN WDPVTT.

3. Кавтарадзе Р. З. Локальный теплообмен в поршневых двигателях / Р. З. Кавтарадзе. Москва: Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, 2016. — 520 с. EDN ZCOGVL.

4. Синчурин Д. В. Оценка развития методов и средств для определения напряженного состояния цилиндровых втулок / Д. В. Синчурин, Н. Л. Марьина // Россия молодая: передовые технологии — в промышленность. — 2011. — № 1. — С. 125–127. EDN RWRKHL.

5. Леонтьев Л. Б. Особенности изнашивания втулок цилиндров судовых среднеоборотных дизелей / Л. Б. Леонтьев, А. В. Погодаев, В. П. Болотова // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2019. — Т. 11. — № 6. — С. 1088–1095. EDN LXNHDB. DOI: 10.21821/2309-5180-2019-11-6-1088-1095.

6. Дорохов А. Ф. Моделирование теплопередачи через стенку рабочего цилиндра поршневого ДВС и управление его напряженно-деформированным состоянием / А. Ф. Дорохов, Н. В. Пахомов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. — 2015. — № 1(45). — С. 68–74. EDN TQAQJJ.

7. Санаев Н. К. Судовые малоразмерные дизели: конструкторско-технологические аспекты обеспечения технического уровня / Н. К. Санаев. — Санкт-Петербург: Политехника, 2010. — 181 с. EDN QNWLFR.

8. Охлаждающие жидкости транспортных ДВС : монография / О. К. Безюков, В. А. Жуков ; Федеральное агентство морского и речного транспорта, Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций». — Санкт-Петербург: СПГУВК, 2009. — 262 с. EDN QNVVMV.

9. Горшков Р. В. Снижение температуры гильзы цилиндра за счет применения теплоносителя с высокотеплопроводными наночастицами мультиграфена / Р. В. Горшков // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. — 2019. — № 3. — С. 56–62. EDN HGZRTE. DOI: 10.24143/2073-1574-2019-3-56-62.

10. Dere C. Effect analysis on energy efficiency enhancement of controlled cylinder liner temperatures in marine diesel engines with model based approach / C. Dere, C. Deniz // Energy Conversion and Management. — 2020. — Vol. 220. — Pp. 113015. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.113015.

11. Тепловая напряженность крышек цилиндров двигателей, конвертируемых в судовые / А. А. Ивнев, В. А. Жуков, Ю. Е. Хрящев, А. И. Яманин // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. — 2021. — № 2. — С. 55–64. EDN MYBSTD. DOI: 10.24143/2073-1574-2021-2-55-64.

12. Стенин В. А. Моделирование тепловых процессов в футеровке судового котла / В. А. Стенин, И. В. Ершова, В. А. Жуков // Морские интеллектуальные технологии. — 2021. — № 4-1(54). — С. 112–116. EDN LZRQNL. DOI: 10.37220/MIT.2021.54.4.040.

13. Жуков В. А. Цифровые технологии при проектировании элементов судовой и корабельной энергетики / В. А. Жуков, О. В. Мильтрат, И. В. Ершова // Судостроение. — 2023. — № 1(866). — С. 24–30. EDN YHPIAJ.

14. Thermal Analysis of Advanced IC Engine Cylinder / K. B. Sai Sanjana, K. Sai Mounika, T. Raja Santhosh Kumar, D. V. Srikanth // International Journal of Automobile Engineering Research and Development (IJAu-ERD). — 2016. — Vol. 6. — Is. 3. — Pp. 17–22.

15. Krishna S. S. Modeling and Thermal Analysis of Engine Cylinder Fin Body by Varying Materials / S. S. Krishna, S. Ahamed // International Journal & Magazine of Engineering, Technology, Management and Research. — 2016. — Vol. 3. — Is. 6. — Pp. 372–378.

16. Лагода В. М. Моделирование напряженного состояния втулки цилиндра дизеля / В. М. Лагода, А. А. Кугашев // Вестник науки. — 2024. — Т. 4. — № 6(75). — С. 1308–1312. EDN ATVFUL.

17. Яманин А. И. Силовой анализ поршневого двигателя с использованием динамических моделей кривошипно-шатунного механизма / А. И. Яманин, В. А. Жуков, С. О. Барышников // Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2018. — Т. 10. — № 1. — С. 191–200. EDN YTXVXU. DOI: 10.21821/2309-5180-2018-10-1-191-200.

18. Изучение влияния нагрузок в цилиндре судовых малоразмерных дизелей на клапаны разных конструкций с применением динамического термомеханического расчета / А. З. Курбанов, Н. М. Вагабов, Н. К. Санаев, В. В. Егоров // Труды Санкт-Петербургского государственного морского технического университета. — 2025. — Т. 4. — № 4(16). — С. 431–443. EDN FTWLPY. DOI: 10.52899/24141437_2025_04_