某高速燃气机活塞开裂故障原因分析及解决措施

针对某高速燃气发动机运行过程中发生的质量问题,拆机检查发现其中一缸活塞出现开裂质量的问题,根据该活塞出现的质量问题,并依据质量体系相关文件要求进行归零,建立了以活塞燃烧室开裂纹失效为顶事件的故障树。对故障活塞进行解剖分析,发现活塞内冷却油道径向偏移严重,不符合图纸设计要求,并以此为分析要点,确定活塞内冷却油道径向偏移为此次故障的原因,最后采用对所有活塞采用工业CT全部复检,并对故障和未检活塞进行更换。

内冷油腔振荡冷却仿真方法研究

为了得出一种较为通用的活塞内冷油腔仿真分析方法,采用数值仿真研究方法,从湍流模型、多相流模型、压力速度耦合算法以及油腔几何模型进行油腔CFD仿真分析方法的研究。通过对比分析仿真所得的平均机油填充率、机油分布、壁面平均换热系数和换热系数分布,得出在进行活塞油腔CFD模拟时,标准k-ε湍流模型可以更为经济地进行流动传热计算。可保证计算模拟精度的多相流模型CLSVOF计算结果周期间变化更小,计算结果稳定。活塞油腔瞬态仿真计算时,压力速度耦合算法PISO计算得出的流动换热结果精度更高,收敛速度和达到计算稳定的速度更快,模拟所得流动传热情况更接近实际。全油腔模型模拟效果相对于简化模型效果更好。通过对油腔各壁面区域换热系数随曲轴转角变化的分析得出:振荡过程极大增强了顶面和底面的换热,油腔内壁面中顶部壁面周期平均换热系数最大;底部壁面换热系数变化趋势与顶部壁面变化趋势基本相反,这是由机油分布以及振荡规律决定的;由于侧部壁面未收到机油强烈的冲击,换热系数随曲轴转角变化相对较平缓。

活塞冷却油腔位置变化对活塞温度场的影响

为提升活塞油腔对活塞的冷却效果,采用ANSYS有限元分析法对活塞温度场进行数值模拟,对活塞顶部燃烧室喉口及活塞第一环槽处两个重点区域进行分析,并对活塞产生热应力具有明显影响的温度梯度进行同步分析,结果表明,内冷油腔沿活塞轴向移动时的活塞温度场变化明显大于其沿活塞径向移动时的温度场变化,对活塞高温区域的冷却效果更好。

活塞冷却油腔结构变化对活塞温度场的影响

为提升活塞油腔对活塞的冷却效果,采用ANSYS有限元分析法对活塞温度场进行数值模拟,对活塞顶部燃烧室喉口及活塞第一环槽处两个重点区域进行分析,并对活塞产生热应力具有明显影响的温度梯度进行同步分析,结果表明,通过改变活塞内冷油腔横截面形状,使内冷油腔更加凸向活塞高温区域,内冷油腔的冷却效果得到了显著提升。可见,油腔越靠近温度高,梯度大区域,其冷却效果越明显。