Вопрос 53. Регуляторные характеристики Регуляторные характеристики

Зависимость частоты вращения вала двигателя от мощности, среднего эффективного давления или крутящего момента во время действия регулятора при данной его настройке называется регуляторной характеристикой.

Регуляторные характеристики представляют собой разновидность скоростных и определяют зависимость основных параметров работы двигателя от частоты его вращения при различной настройке регуляторов (рис. 49). Здесь кривая 4 - внешняя номинальная характеристика; 1- 3- внешние частичные характеристики; 5 – 8 – регуляторные характеристики.

Рис. 49. Регуляторные характеристики: а) при работе с двухрежимным регулятором, б) при работе с всережимным регулятором

Вопрос 54. Универсальные хар-ки.

Универсальной характеристикой называется такая, в которой координатами служат два основных показателя работы двигателя. Третий показатель – параметрический – остается постоянным для каждой из нанесенных на графике кривых.

Универсальная характеристика применяется для оценки показателей ДВС при работе на переменных режимах в различных эксплуатационных условиях. С помощью универсальных характеристик (иногда их называют комбинированными) можно определять оптимальные по удельному расходу топлива режимы работы двигателя. На рис. 53 показана универсальная характеристика судового ДВС, построенная в координатах «крутящий момент» –«частота вращения двигателя». Здесь сплошными круговыми линиями обозначены постоянные удельные расходы топлива (линии изоэкономических режимов), а сплошными линиями в виде дуг – параметрические зависимости эффективной мощности.

Рис. 53. Универсальная характеристика двигателя 8 NVD 48 А – 2U (N_eN = 910 кВт,

n_N =428 об/мин ); M_d – крутящий момент; P₁ – винтовая характеристика при нормальной загрузке судна; P_p – винтовая характеристика при наиболее высокой нагрузке (швартовная); P_s – винтовая характеристика для высокой нагрузки (буксировка); P_L – винтовая характеристика при входе в балласте; g_e – удельный эффективный расход топлива; t_a – температура выхлопных газов.

Вопрос 55. Скоростные характеристики. Ограничительные характеристики

Ограничительной характеристикой называется зависимость мощности от частоты вращения двигателя при ограничении некоторых его параметров. Обычно ограничения касаются таких параметров, как крутящий момент, коэффициент избытка воздуха α, температура газов перед турбиной, максимальное давление сгорания Р_z. Ограничительные характеристики используются при защите двигателя от возможных перегрузок, возникающих в процессе эксплуатации. На рис. 48 приведены некоторые ограничительные характеристики.

Рис. 48. Ограничительные характеристики главного двигателя

Механическая напряженность главного двигателя не должна превышать некоторого допустимого предела, обусловленного особенностями конструкции, применяемыми материалами и условиями рабочего процесса. Она определяется значениями крутящего момента дизеля М_кр, максимального давления сгорания Р_z и др. Мощность двигателя определяется выражением

N_е = М_крω = М_кр  n/30, т. е. зависимость N_е = f(n) является линейной при М_кр = const (линия 1, соединяющая начало координат и точку А с координатами N_еn- n_ном.). Эта зависимость называется ограничительной характеристикой по моменту. Благодаря ей во время эксплуатации при частоте вращения меньше номинальной, М_кр, а следовательно, и напряжения вала не превышают расчетные, номинальные значения.

Ограничения по N_еN и Р_еN могут быть заданы внешней номинальной характеристикой (2), соответствующей работе двигателя в условиях изменяющейся нагрузки и частоты вращения при активном ходе плунжера, обеспечивающем номинальные значения мощности и среднего эффективного давления при номинальном скоростном режиме двигателя.

Ограничения по N_еmax и Р_{е max} выполняют по внешней максимальной (заградительной) характеристике по топливному насосу, линия (3), которая соответствует предельно допустимой в условиях эксплуатации цикловой подаче топлива, ограничиваемой упором на топливных насосах, установленными на заводе-изготовителе ДВС. На эту характеристику двигатель выходит только в перегрузочном режиме, достигая мощности в точке В N_еmax = 110% N_еN при частоте вращения n_max = 103  %  n_N.

Ограничения по скоростному режиму задаются регуляторной характеристикой номинальной частоты вращения двигателя, линия (4).

В эксплуатации судовых дизелей предусматривается ограничение минимальной частоты вращения n_min, линия (5). Под n_min понимают устойчивую частоту вращения, при которой не произойдет непредусмотренной остановки двигателя из-за неблагоприятных условий протекания рабочего процесса и условий возможности управления движением судна при помощи руля на малых скоростях хода судна.

Для оценки относительного положения ограничительных характеристик на (рис. 48) приведена винтовая характеристика (6).

Заштрихованная площадь фиксирует область допускаемых в эксплуатации длительных режимов работы ДВС. Эта область лежит под ограничительной характеристикой 1 (по моменту), справа она ограничивается линией 7 (номинальной частотой вращения) или регуляторной характеристикой 4, снизу - характеристикой 9 (минимальными мощностями), слева - характеристикой 8 (частотой вращения), соответствующей минимальной длительной эксплуатационной мощности.

Винтовой характеристикой называется зависимость мощности и других параметров работы ДВС от частоты вращения при работе ДВС с гребным винтом. Винтовая характеристика судового дизеля, непосредственно соединенного с гребным винтом, является одновременно характеристикой потребителя энергии, винт - корпус судна, а также самого двигателя. Судовой дизель во всем диапазоне изменения частоты вращения должен обеспечить мощность, поглощаемую винтом, с учетом всех потерь передачи.

Для водоизмещающих судов , где с – коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров винта, осадки судна и др. Для быстроходных судов и катеров с глиссирующими и полуглиссирующими свойствами , где m = 1,6 1,8.

При плавании судна в нормальных условиях (спокойное море, чистая подводная часть корпуса судна, полная осадка) все режимы работы двигателя от n_min до n_N ,будут укладываться на характеристику 1 (рис. 50), которая пересекается в точке а с номинальной внешней характеристикой 6.

При увеличении сопротивления движению судна из-за увеличения осадки, волнения моря, обрастания корпуса, гребной винт при той же частоте вращения поглощает больше мощности (кривые 2,3), винт «тяжелеет».

При установке винта с увеличенным H/D − тот же эффект. Характеристики смещаются влево от номинальной. При этом винт, выбрав полную мощность дизеля (точки в,с), не развивает номинальную частоту вращения.

При работе ДВС в условиях неподвижного судна поступь винта равна нулю. В этом случае гребной винт становится наиболее тяжелым, а винтовая характеристика-3 занимает крайне левое положение. Мощность дизеля при этом не более (0,7 - 0,75) N_еN.

Рис. 50. Винтовые характеристики дизеля с ВФШ при плавании судна в различных условиях.

Винтовая характеристика - 4 может быть получена при установке облегченного винта с малым шаговым отношением H/D. Называется характеристикой легкого винта. Винт при n_N не использует полную мощность двигателя (точка d).

Работу дизеля по винтовой характеристике можно осуществить в том случае, если вместо номинальной подачи топлива за цикл обеспечить частичную подачу в соответствии с точками заданной кривой мощности винта для всего диапазона частоты вращения.

; (141)

; (142)

; (143)

; (144)

. (145)

Значения, рассчитанные по этим формулам, приведены в табл. 5.

Наибольшая мощность дизеля (110 %) достигается при максимально допустимой частоте вращения n (103 %). Дальнейшее увеличение мощности при данном винте за счет повышения n осуществлять нельзя, так как мощность винта растет по кубической параболе, а мощность дизеля при Р_е = const прямо пропорциональна n. Если, например, увеличить n на 10 %, то мощность возрастет на 33 %, что недопустимо. На эксплуатационных частотах вращения меньших n_N мощность, потребляемая винтом, ниже N_е (соответствующей полной подаче топлива), следовательно, дизель будет работать с не-

Таблица 5