The Calculation of the Thermal and Stress-Strain State for the Monoblock of a High-Speed Marine Diesel Engine

Abstract

Рассмотрен быстроходный судовой дизельный двигатель 42ЧН16/17, обеспечиваю-щий мощность 2 940 кВт при частоте вращения коленчатого вала 2 200 мин -1 . Осо-бенностью дизеля является моноблочная конструкция корпуса, выполненного из алюминиевого сплава АЛ4 с установленными внутри тонкостенными гильзами ци-линдров, значительная овализация которых приводит к увеличению расхода смазоч-ного масла и снижению ресурса двигателя. Проведены исследования по уменьшению тепловой напряженности узла моноблок-гильза цилиндра, а также поиск альтерна-тивных конструкторских решений в этом направлении. С применением численного анализа на базе объемных конечно-элементных моделей изучены поля температур, перемещений, деформаций, напряжений корпусных деталей дизеля и намечены пути целесообразного снижения в первую очередь их деформаций.Ключевые слова: узел моноблок-цилиндр, овальность гильзы цилиндра, перемеще-ния узлов, температурное поле моноблока, температурное поле гильзы, метод конеч-ных элементов This article examines a high-speed marine diesel engine 42ChN16/17 that provides 2940 kW of power at the crankshaft rotational frequency of 2 200 min -1 . The diesel engine features a monoblock case made of the AL4 aluminium alloy, with thin-walled cylinder liners whose considerable out-of-roundness leads to an increase in lubricant consumption and a reduction in engine life. A study aimed at decreasing the thermal stress state of the monoblock-cylinder unit is conducted as well as a search for alternative design solutions to support this. A numerical analysis based on the finite element method is performed to study fields of temperatures, displacements, deformations and stresses of the engine case parts. Ways to decrease, first and foremost, deformations of the parts are outlined.Keywords: monoblock-cylinder unit, cylinder liner out-of-roundness, displacement of units, monoblock temperature field, liner temperature field, finite element method