2. Работа дизеля по винтовой характеристике

Винтовая характеристика – зависимость эффективной мощности, а так же других параметров и показателей дизеля от частоты вращения при работе дизеля на гребной винт.

В данном случае определяющим фактором является характеристика гребного винта как потребителя полезной (эффективной) мощности N_e дизеля.

Можно принять, что для водоизмещающих судов передаваемые винту крутящий момент и мощность изменяются по квадратной(1) и кубической (3) параболам. Поэтому основные эффективные показатели дизеля – эффективный крутящий момент М, среднее эффективное давление и эффективную мощность – можно описать зависимостями:

Зависимость от частоты вращения n имеет вид квадратной параболы так же как эффективный крутящий момент М.

Изменение показателей и параметров дизеля при его работе по винтовой характеристике показано на рис. 4.8.

Индикаторные показатели дизеля, как известно, отличаются от эффективных показателей ввиду наличия механических потерь.

Мощность механических потерь и условное среднее давление механических потерь при работе дизеля по винтовой характеристике могут быть выражены слeдующими зависимостями от частоты вращения n:

где ; - постоянные коэффициенты.

Судя по значениям показателей и , темпы возрастания и , которые изменяются соответственно по кубической и квадратной параболам. Это означает , что с ростом n уменьшаются относительные механические потери:

Соответственно возрастает механический КПД :

Зависимость показана на рисунке 4.8. Эта зависимость и определяет соотношение между эффективными ( ) и индикаторными ( ) показателями, также показанными на рисунке.

Характер зависимости коэффициента избытка воздуха для сгорания α от частоты вращения n определяется, в частности, видом характеристики системы воздухоснабжениея дизеля (отсутствием или наличием системы наддува,типом этой системы ). На рис.4.8 показаны два возможных варианта зависимости и .

В дизеле, работающем по винтовой характеристике, с уменьшением частоты вращения вала n цикловая подача топлива уменьшается довольно резко – примерно по квадратичной параболе (по характеристике, близкой к зависимости крутящего момента М). При этом в дизеле без наддува цикловая масса подаваемого в цилиндр воздуха практически неизменна. Поэтому с уменьшением частоты вращения α монотонно возрастает (см. кривую на рис. 4.5).

3. Топливная экономичность дизеля при работе по нагрузочной и винтовой характеристикам.

Сравнение уровней удельного эффективного расхода топлива при работе по нагрузочной и винтовой характеристикам можно провести по рис.4.9, где рис. 4.9. а – нагрузочная характеристика, 4.9 б – винтовая.

Из рисунка видно, что при некоторой частичной мощности дизеля удельный эффективный расход топлива в случае работы по винтовой характеристике меньше, чем в случае работы по нагрузочной характеристике.

Основные причины этого различия:

1. При работе по нагрузочной характеристике мощность механических потерь на частичной мощности дизеля практически такая же, как при номинальной мощности (см.рис.4.5). Та же частичная мощность на винтовой характеристике получается при уменьшенной частоте вращения n .Это, означает, что в соответствии с формулой имеет место уменьшенная . Это, в свою очередь, обеспечивает улучшенную топливную экономичность, то есть уменьшенный удельный эффективный расход топлива .

2. При уменьшенной частоте вращения n на винтовой характеристике некоторая частичная мощность получается при увеличенном крутящем моменте М( по сравнению с нагрузочной характеристикой ),то есть при увеличении цикловой подаче . Увеличенная способствует обеспечению высокого давления распыливания топлива форсункой (несмотря на уменьшенную частоту n)и, соответственно ,обеспечению высокого качества смесеобразования и высокоэффективного сгорания топлива. Результат влияния этих обстоятельств – уменьшенный при работе дизеля по винтовой характеристике.

3. Увеличенная цикловая подача топлива на винтовой характеристике обеспечивает работу дизеля при нескольких меньшем коэффициенте избытка воздуха для сгорания α, чем на нагрузочной характеристике. Чрезмерное повышение α в режимах частичной мощности при работе по винтовой характеристике - одна из причин низкого КПД дизеля и, соответственно, высокого в этих режимах. Таким образом, уменьшение α на винтовой характеристике позволяет получить уменьшенный .