Активний демпфер критичної вібрації паливопроводів високого тиску дизеля

Реферат: Активний демпфер критичної вібрації паливопроводів високого тиску дизеля складається з труби, п'єзоелектричних перетворювачів, електродів та електрореологічної рідини. Паливопровід високого тиску дизеля знаходиться всередині труби, виготовленої у вигляді сильфону із струмонепровідного матеріалу достатньої міцності та з внутрішнім діаметром, більшим за максимально можливу амплітуду просторової вібрації паливопроводу, які разом утворюють герметичну конструкцію, об'єм якої заповнено електрореологічною рідиною зі здатністю змінювати свою в'язкість прямо пропорційно величині електричного поля, що створюється п'єзоелектричними перетворювачами циліндричної форми з поглибленням, що відповідає радіусу кривизни паливопроводу, які жорстко закріплені на зовнішній стінці паливопроводу струмонепровідним клеєм боком, що має поглиблення, і мають електроди. UA 113203 U (54) АКТИВНИЙ ДЕМПФЕР КРИТИЧНОЇ ВІБРАЦІЇ ПАЛИВОПРОВОДІВ ВИСОКОГО ТИСКУ ДИЗЕЛЯ UA 113203 U UA 113203 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до пристроїв демпфування небезпечних резонансних коливань труб, які знаходяться під дією змінної збурюючої сили, що характерна для насосних систем високого тиску. Корисна модель може бути використана у складі паливних систем високого тиску дизелів. Відома паливна система високого тиску малообертового дизельного двигуна безпосередньої дії, яка складається з паливного насоса високого тиску (ПНВТ), паливопроводу (паливопроводів) та форсунки (форсунок) [1, 2]. Окрім системи безпосередньої дії також широкого поширення набула система акумуляторного типу, яка окрім вказаних вище елементів має акумулятори палива високого тиску на ділянці між ПНВТ та пристроєм керування паливоподачею. Плунжер ПНВТ, здійснюючи зворотно-поступальний рух, забезпечує циклічну подачу палива до камери згоряння під високим тиском. Паливо рухається до форсунок паливопроводом, який може мати різні геометричні розміри [1-3]. Механічна дія плунжера зумовлює появу хвилевих процесів у паливопроводі високого тиску. У літературі [4] показано, що процес паливоподачі на часткових режимах роботи дизеля часто супроводжується критичною вібрацією, що є результатом явища резонансу. Оскільки амплітуда віброзміщення у такому випадку зростає у декілька разів, результатом тривалої експлуатації паливопроводів є поява дефектів і тріщин. Наслідком цього може стати значне забруднення машино-котельного приміщення, ураження персоналу машино-котельного приміщення та пожежна небезпека. Такі можливі наслідки зумовили введення додаткової вимоги до правил побудови дизелів, згідно з якою усі зовнішні паливні трубопроводи на дільницях від паливних насосів до форсунок мають бути поміщені до системи дублюючих трубопроводів, здатної утримувати паливо під час протікання, і яка обов'язково має систему сигналізації [5]. Найбільш близьким до корисної моделі є сейсмостійкий нафтопровід, що містить трубу з компенсатором, який має тороподібну оболонку, заповнену пружно-пластичною речовиною і виконаною з зовнішнього боку із проріззю, що складає спільно з протилежною проріззю труби кільцевий канал [6]. Недоліками цього пристрою є область застосування, до якої не входять паливні труби високого тиску дизеля, та конструкція, незручна для використання у паливних системах високого тиску дизелів. Раніше був запропонований автоматизований пристрій для запобігання розриву паливопроводів високого тиску малообертових дизелів [7], у якому при появі критичної вібрації змінюється маса за рахунок швидкої кристалізація порошку у захисному кожусі при подачі води у потрібний момент. Недоліком цього пристрою є складність процесу його повернення у початковий стан після проходження хімічної реакції кристалізації. Задачею корисної моделі є створення пристрою, який забезпечить активне демпфування критичної вібрації паливопроводу високого тиску дизеля, не ускладнивши значною мірою конструкцію самого паливопроводу і зберігши відносно невеликі розміри і масу. Поставлена задача вирішується тим, що у паливопроводі високого тиску дизеля, який оснащено активним демпфером критичної вібрації паливопроводів високого тиску дизеля, що складається з труби, п'єзоелектричних перетворювачів, електродів та електрореологічної рідини, згідно з корисною моделлю, паливопровід високого тиску дизеля знаходиться всередині труби, виготовленої у вигляді сильфону із струмонепровідного матеріалу достатньої міцності та з внутрішнім діаметром більшим за максимально можливу амплітуду просторової вібрації паливопроводу, які разом утворюють герметичну конструкцію, об'єм якої заповнено електрореологічною рідиною зі здатністю змінювати свою в'язкість прямо пропорційно величині електричного поля, що створюється п'єзоелектричними перетворювачами циліндричної форми з поглибленням, що відповідає радіусу кривизни паливопроводу, які жорстко закріплені на зовнішній стінці паливопроводу струмонепровідним клеєм боком, що має поглиблення, і мають електроди. Технічний результат досягається завдяки тому, що пристрій є автономним і не призводить до значного ускладнення конструкції паливопроводу, завдяки чому він може бути використаний для модернізації паливної системи високого тиску дизеля без виводу його з експлуатації; демпфування вібрації відбувається синхронно з її появою та пропорційно до її амплітуди завдяки динамічній зміні в'язкості; у стані спокою електрореологічна рідина, яка використовується, має незначну в'язкість, що дозволяє її швидке видалення у випадку ремонту чи технічного обслуговування паливної системи. Перевагою пристрою є пряма залежність між рівнем вібрації та коефіцієнтом в'язкого тертя електрореологічної рідини, що оточує паливопровід і, таким чином, забезпечує активне демпфування вібрації [8]. Важливою особливістю є те, що розміщення п'єзоелектричних перетворювачів уздовж паливопроводу з достатньою кількістю електродів дає можливість 1 UA 113203 U 5 10 15 20 отримати пряму залежність розподілом механічної енергії просторової вібрації паливопроводу і енергії електричного поля, що підводиться до електрореологічної рідини. Іншими словами, пучності і вузли вібрації паливопроводу геометрично будуть відповідати найбільшому і найменшому значень в'язкості, відповідно. На кресленні зображено поперечний розріз частини паливопроводу високого тиску з кріпильними фланцями, що оснащено активним демпфером критичної вібрації. Як найближчий аналог взято паливопровід високого тиску дизеля Sulzer RT-flex 96c [9]. Паливо рухається паливопроводом високого тиску, який знаходиться всередині додаткової труби 1, що зроблена з струмонепровідного матеріалу достатньої міцності. Додаткова труба має форму сильфону, що забезпечує ефективний тепловий обмін з навколишнім середовищем. Паливопровід має у своєму складі трубу високого тиску 2 та захисну трубу 3, відповідно до правил конвенції СОЛАС. Об'єм між трубами 3 і 1 заповнений електрореологічною рідиною 4, що має властивість збільшувати свою в'язкість під дією електричного поля великої напруженості (як правило, це вуглеводні з добавками кремнезему у різних модифікаціях). На паливопроводі закріплено п'єзоелектричні перетворювачі 5, які мають форму циліндра з поглибленням на боковій грані для збільшення площини контакту з поверхнею паливопроводу і розміщені попарно для створення контакту між ними за принципом, що використовується у високовольтних п'єзогенераторах. Розміри п'єзоелектричних перетворювачів і величину затягування кріплення (якщо воно є необхідним) до паливопроводу у цьому випадку вибираються із розрахунку співпадання резонансної частоти п'єзоелектричного перетворювача з першою або однією з перших вібраційних мод паливопроводу. Для цього доречно використовувати наступну формулу [10]: fp  1 s ,  2 m еф 25 30 де fp - резонансна частота, s - жорсткість п'єзоелектричного перетворювача, m еф ефективна маса (біля 1/3 маси п'єзоелектричного перетворювача плюс маса усіх приєднаних деталей). Жорсткість S п'єзоелектричного перетворювача має бути приведена з урахуванням жорсткості кріплення  S , S  S1   S   н  35 40 45 50 де Sн - жорсткість кріплення. Робота п'єзоелектричного перетворювача на резонансній частоті підвищує ефективність пристрою, оскільки за таких умов напруженість електричного поля буде суттєво вищою. Електроди п'єзоелектричних перетворювачів ізольовані від металу паливопроводу струмонепровідним клеєм 6. Протікання в паливопроводі високого тиску видаляються по зливним каналам 7. Джерела інформації: 1. Возницкий, И.В. Топливная аппаратура судовых дизелей: учеб. пособие по специальности 2405 [Текст] / И.В. Возницкий. - 2 изд. - Спб.: ГМА, 2005. - 133 с. 2. Возницкий, И.В. Судовые двигатели внутреннего сгорания [Текст]. В 2 т. Т. 1 / И.В. Возницкий. - М.: Моркнига, 2008. - 282 с. 3. Пахомов, Ю.А. Судовые топливные системы [Текст] / Ю.А. Пахомов, Ю.П. Коробков, Е.В. Дмитриевский, Г.Л. Васильев. - М.: РКонсульт, 2004. - 496 с. 4. Stetsenko, M. Vibrational aspect in low speed diesel engines high pressure fuel system reliability [Text] / M. Stetsenko // Journal of POLISH CIMAC. - 2014. - Vol. 9. - № 2. - P. 185-195. 5. SOLAS consolidated edition 2009 [Text]: Consolidated text of the International Convention for the Safety of Life at Sea, 1974 and its Protocol of 1988: articles, annexes and certificates. - 5th edition. - London: International Maritime Organization, 2009. - 420 p. 6. Пат. 2083908 Россия. МПК F 16 L 55/04. Стабилизатор давления [Текст] / Низамов Х.Н.; Дербуков Е.И.; Хатмуллин Ф.Х.; Жуков Н.Н.; Зайнашев Р.А.; Применко В.Н.; заявл. 23.08.93; опубл. 10.07.97. 2 UA 113203 U 5 7. Пат. 79316 Україна, МПК F02M 63/00. Автоматизований пристрій запобігання розриву паливопроводів високого тиску малообертових дизелів [Текст] / Стеценко М.С.; заявл. 27.06.2012; опубл. 25.04.2013. Бюл. № 8. 8. Ишемгужин, Е.И. Нелинейные колебания элементов буровых машин [Текст]: учеб. пособие / Е.И. Ишемгужин. - Уфа: Изд-во УГНТУ, 1999. - 109 с. 9. Electronic instruction manual for HSD-Sulzer 14RT-flex96C diesel engine [Electronic resource] - Changwon-City, Doosan Engine Co., Ltd., 2006. - 1 electron, opt. disc (CD-ROM). 10. Панич, А.Е. Пьезоэлектрические актюаторы [Текст]: учеб. пособие / А.Е. Панич. - Ростов на Дону, 2008. - 159 с. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 1. Активний демпфер критичної вібрації паливопроводів високого тиску дизеля, що складається з труби, п'єзоелектричних перетворювачів, електродів та електрореологічної рідини, який відрізняється тим, що паливопровід високого тиску дизеля знаходиться всередині труби, виготовленої у вигляді сильфону із струмонепровідного матеріалу достатньої міцності та з внутрішнім діаметром, більшим за максимально можливу амплітуду просторової вібрації паливопроводу, які разом утворюють герметичну конструкцію, об'єм якої заповнено електрореологічною рідиною зі здатністю змінювати свою в'язкість прямо пропорційно величині електричного поля, що створюється п'єзоелектричними перетворювачами циліндричної форми з поглибленням, що відповідає радіусу кривизни паливопроводу, які жорстко закріплені на зовнішній стінці паливопроводу струмонепровідним клеєм боком, що має поглиблення, і мають електроди. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що розміри п'єзоелектричних перетворювачів вибрані таким чином, щоб їх власна резонансна частота співпадала з резонансною частотою паливопроводу. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3