Analiza numeryczna funkcjonowania pakietu pierścieni tłokowych dwusuwowego silnika okrętowego

• Autorzy: Wolff A.

Warianty tytułu

EN

Numerical analysis of piston ring pack operation of a marine two-stroke engine

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono kompleksowy model ruchu pakietu pierścieni tłokowych po filmie olejowym o grubości porównywalnej z sumaryczną chropowatością pierścieni i gładzi cylindrowej. Zaadaptowano model przepływu oleju w szczelinie o chropowatych ściankach Patira i Chenga [8,9] oraz model elastycznego kontaktu chropowatych powierzchni Greenwooda i Trippa [4]. Opracowano także model przepływu gazu przez uszczelnienie labiryntowe pierścieni, jak i model odkształceń kątowych pierścieni i ich pionowych przemieszczeń w rowkach tłoka. Główne człony modelu matematycznego oraz oprogramowania zostały zweryfikowane eksperymentalnie przez autora w zagranicznym ośrodku konstrukcyjnym silników okrętowych. W odróżnieniu od poprzednich artykułów dotyczących silników samochodowych, przedstawiono nowe wyniki obliczeń dla dwusuwowego silnika okrętowego. Opracowany model i oprogramowanie mogą być przydatne przy optymalizowaniu konstrukcji układu tłok-pierścienie-cylinder.

EN

In the paper a complex model of a piston ring pack motion on an oil film has been presented. The local thickness of the oil film can be compared to height of the combined surface roughness of a cylinder liner and piston rings. Equations describing the mixed lubrication problem based on the empirical mathematical model formulated in works of Patir, Cheng [8,9] and Greenwood, Tripp [4] have been combined and used in this paper. In addition models of gas flow through the labyrinth seal of piston rings, ring twist effects and axial ring motion in piston grooves have been developed. The main parts of the mathematical model and software have been experimentally verified abroad by the author at the marine engine designing centre. In contrast to the previous papers of the author concerning automobile engines, new calculation results for a marine two-stroke engine have been presented. The developed model and software can be utilized for optimization of the piston-ring-cylinder system design.

Słowa kluczowe

PL

silniki okrętowe; pierścienie tłokowe; dynamika gazu; hydrodynamika; tarcie mieszane

EN

marine engines; piston rings; gas dynamics; hydrodynamics; mixed friction

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Silniki Spalinowe
• Rocznik: 2011
• Tom: R. 50, nr 3
• Opis fizyczny: Pełny tekst na DVD, Bibliogr. 18 poz.

Twórcy

autor

Wolff A.

• Wydział Transportu Politechniki Warszawskiej,

Bibliografia

• [1] Bobrowski D.: Probabilistyka w zastosowaniach technicznych, WNT, W-wa 1980.
• [2] Demmerle R., Barrow S., Terrettaz F., Jaquet D.: New Insights into the Piston Running Behaviour of “Sulzer” Large Bore Diesel Engines, CIMAC Congress, Hamburg 2001.
• [3] Dowson D.: Piston Assemblies; Background and Lubrication analysis, Engine Tribology, pp. 213-240, Taylor C. M. (editor), Elsevier Science, 1993.
• [4] Greenwood J., Tripp J.H.: The contact of Two Nominally Flat Rough Surfaces, Proc I. Mech. E., Vol. 185, pp. 625-633, 1971.
• [5] Iskra A.: Parametry filmu olejowego w węzłach mechanizmu tłokowo – korbowego silnika spalinowego, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 2001.
• [6] Koszałka G, Niewczas A, Guzik M.: Predicted and Actual Effect of Cylinder Liner Wear on the Blowby in a Truck Diesel Engine, SAE Paper, No. 2008-01-1717, 2008.
• [7] Koszałka G.: Application of the piston-rings cylinder kit model in the evaluation of operational changes in blowby flow rate, Maintenance and Reliability (Eksploatacja I Niezawodność), No. 4, pp. 72-81, 2010.
• [8] Patir N., Cheng H.S.: An Average Flow Model for Determining Effects of Three-Dimensional Roughness on Partial Hydrodynamic Lubrication, Transactions of ASME, Vol. 100, January 1978.
• [9] Patir N., Cheng H.S.: Application of Average Flow Model to Lubrication Between Rough Sliding Surfaces, Transactions of ASME, Vol. 101, April 1979.
• [10] Räss K., Amoser M.: Progressive development of two-stroke engine tribology, Paper No. 83, CIMAC Congress, Vienna 2007.
• [11] Ruddy B.L., Dowson D., Economous P.N.: The Prediction of Gas Pressures within the Ring Packs of Large Bore Diesel Engines, Jour. Mech. Eng. Science, Vol. 23, No. 6, pp. 295-304, 1981.
• [12] Serdecki W.: Badania współpracy elementów układu tłokowo – cylindrowego silnika spalinowego, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań, 2002.
• [13] Tian T.: Dynamic Behaviors of Piston Rings and Their Practical Impact - Part II: Oil Transport, Friction, and Wear of Ring/Liner Interface and the Effects of Piston and Ring Dynamics, Proc. Inst. Mech. Eng., Part J: Journal of Engineering Tribology, Vol. 216, pp. 229-247, 2002.
• [14] Wärtsilä Technology Review, materiały informacyjne o silnikach konstruowanych przez firmę Wärtsilä.
• [15] Wolff A., Piechna J.: Numerical simulation of piston ring pack operation in the case of mixed lubrication, The Archive of Mech. Engineering, Vol. LII, No. 3, pp. 157-190, 2005.
• [16] Wolff A., Piechna J: Numerical simulation of piston ring pack operation with regard to ring twist effects, The Archive of Mech. Engineering, Vol. LIV, No. 1, p. 65-99, Warsaw 2007.
• [17] Wolff A.: Experimental verification of the model of piston ring pack operation of an internal combustion engine, The Archive of Mechanical Engineering, Vol. LVI, No. 1, pp. 73-90, Warsaw 2009.
• [18] Wolff A.: Numerical analysis of piston ring pack operation, Combustion Engines (Silniki Spalinowe), No. 2, p. 128-141, Poznań 2009.