详情

原文传递低速柴油机缸套-活塞环组润滑及滑油供给策略研究

论文题名：	低速柴油机缸套-活塞环组润滑及滑油供给策略研究
关键词：	船用低速柴油机;缸套活塞环组;润滑性能;滑油供给策略
摘要：	船用低速二冲程柴油机采用气缸油注油器给缸套-活塞环组提供气缸（润滑）油。合理的气缸油供给策略既能有效减少气缸油消耗、降低运营成本，又能有效避免柴油机缸套-活塞环组部件的异常磨损，并可减少柴油机尾气颗粒物的排放量。随着电子控制技术的不断进步，气缸注油器从早期的机械式发展到电子控制式，气缸油的消耗率大幅降低，这主要得益于电控注油器可实现更灵活的供油策略。当前电控气缸注油器尚无国内品牌，全部依赖进口；由于技术垄断，与供油策略相关的核心技术鲜见公开。同样，在气缸润滑方面的理论研究中，低速机成熟度与中、高速机相比相差甚远，目前还没有一款成熟的气缸润滑仿真软件。因此，开展船用低速二冲程柴油机气缸注油润滑及供给策略研究，对推动电控气缸注油器的自主研制有较强的技术支撑。　　本文以某型船用低速柴油机为对象，针对其缸套-活塞环组润滑性能及供油策略展开研究，主要内容和取得结论如下：　　（1）采用有限差分法，通过Matlab语言编程求解平均雷诺方程，建立了适用于低速二冲程柴油机缸套-活塞环组的润滑仿真模型，并通过缸套-活塞环专用摩擦磨损试验台的试验数据对模型计算精度进行了验证。结果表明：仿真计算结果与试验数据基本吻合，模型计算精度满足缸套-活塞环润滑性能分析要求。　　（2）根据Greenwood和Tripp提出的粗糙表面接触理论，选择4种入口油膜厚度（5μm、4μm、3μm、2μm），利用上述润滑模型计算了单道活塞环与缸套间最小油膜厚度、气缸油堆积量等参数，并分析了缸套-活塞环润滑机理。计算结果表明：当入口油膜厚度为5μm时，活塞环在整个行程都处于富油润滑状态时，继续加大注油量，活塞环在各曲轴转角处的最小油膜厚度不再增加；当入口油膜厚度为4μm和3μm时，最小油膜厚度在上、下止点附近基本不变，行程中部开始变小，出现贫油润滑状态，且范围逐渐扩大，行程中部仍处于动压润滑状态；当入口油膜厚度为2μm时，行程中部最小油膜厚度继续变小，进入混合润滑状态，摩擦损失显著增加。在发动机实际工作中应保证中部有足够的滑油供给，避免出现混合润滑状态导致加速磨损。　　（3）根据船用低速二冲程柴油机气缸注油润滑的工作特点，确定了“注油定时”“注油率”和“注油孔位置”三个因素作为影响气缸润滑性能的关键因素。以降低缸套-活塞环（组）摩擦损失功为优化对象，对单道活塞环润滑性能进行计算分析，确定上述三个因素的合理取值区间，为活塞环组综合优化分析提供计算边界条件。计算结果表明，注油孔位置选择在活塞行程中上部，适当增加注油率和提前注油都有利于改善活塞环贫油润滑状态。　　（4）采用正交试验设计方法，综合分析了“注油定时”“注油率”和“注油孔位置”三个因素对活塞环组摩擦损失功的影响程度。试验计算结果表明：当缸套表面入口油膜厚度为3μm时，三个因素的影响程度为“注油定时＞注油率＞注油孔位置”；当缸套表面入口油膜厚度为2μm时，则为“注油率＞注油定时＞注油孔位置”。　　（5）结合遗传优化算法和BP神经网络，以活塞环组摩擦损失功最小为优化目标，对正交试验结果进行了进一步的量化分析。优化设计表明：当缸套表面入口油膜厚度为3μm时，最优组合为“注油定时（超前）+8ms、注油率为0.9g/kW·h、注油孔位置转角140℃A”；当缸套表面入口油膜厚度为2μm时，最优组合为“注油定时（超前）+12ms、注油率1.0g/kW·h、注油孔位置转角100℃A”。
作者：	张继耘
专业：	轮机工程
导师：	贺玉海
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022