книги из ГПНТБ / Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции

топливного наеоса

дросселирования, то коэффициент наполнения насоса с уменьшением числа оборотов только уменьшается (кривая 2).

На рис. 4.5 показана зависимость р 2?Рта>ки А по

внешней характеристике. Характер изменения показателей указывает на увеличение механической напряженности дви­

гателя при снижении оборотов.

Тепловое состояние деталей и тепловая напряженность двигателя без наддува при работе по внешней характери­ стике при снижении числа оборотов определяется характе­ ром изменения цикловой подачи топлива, коэффициента избытка воздуха и другими факторами. О характере измене­

ния коэффициента избытка воздуха легко судить по формуле

то

\н- коэффициент наполнения двигателя;

К- коэффициент, объединяющий постоянные члены.

характеристика может быть использована в качестве огра­ ничительной. Некоторое увеличение механической напря­ женности при этом допустимо.

Двигатель с наддувом

Механическая напряженность двигателей с большими значениями давления наддува на номинальной мощности при снижении оборотов по внешней характеристике обычно

уменьшается, так как давление наддува при этом в большин­

Но во всех случаях при снижении числа оборотов скорость нарастания давления (жесткость работы^# степень повыше­ ния давления Л, и, следовательно, динамичность действия силы рх увеличивается. Это оказывает неблагоприятное воздействие только на надежность подшипников.

При анализе изменения механической напряженности двигателя с наддувом по внешней характеристике необходимо

101

учитывать величину давления наддува, состав и схему

включения агрегатов наддува, их тип и конструктивные особенности. Для двигателей, имеющих небольшие и даже средние значения давления наддува, механическая напряжен­ ность при уменьшении числа оборотов по внешней характе­

ристике может увеличиваться. На рис. 4.6 приведено изме­

нение показателей двухтактного дизеля ( = ^бЭкгс/см2")

Рис. 4.6. Изменение показателей двухтактного дизеля по внешней характеристике

102

при работе по внешней характеристике. При снижении обо­

ротов максимальное давление сгорания практически остает­

ся постоянным и даже несколько падает. Величина

Др = Ps~ Pi 2 ’

вошипно-шатунного механизма, увеличивается за счет снижения pj .

Если двигатель снабжен регулируемым турбокомпрессо­ ром, то число оборотов турбокомпрессора, работающего

по внешней характеристике, может поддерживаться в заданных пределах путем увеличения давления газа перед турбиной. Давление наддува можно удерживать достаточно высоким, однако это может послужить причиной увеличения механиче­

ской напряженности двигателя, работающего по внешней характеристике.

Уменьшение механической напряженности такого двига­ теля при снижении числа оборотов по внешней характеристи­ ке может быть достигнуто применением специального устрой­

ства для уменьшения угла опережения подачи топлива.

Изменение температуры деталей и тепловой напряженности

двигателя с наддувом при работе по внешней характеристике

определяется главным образом изменением давления наддува и увеличением времени на теплообмен в цилиндре двигателя

при снижении числа оборотов. Анализируя изменение тепловой напряженности двигателя по внешней характеристике, необ­ ходимо, также как и для механической напряженности, учи­

тывать величину давления наддува на номинальной мощности,

состав и схему включения агрегатов наддува, их тип и кон­ структивные особенности. У большинства двигателей с над­ дувом при снижении числа оборотов по внешней характеристи­ ке происходит значительное уменьшение давления наддува.

Внаибольшей степени давление наддува падает у двигателей

смеханическим приводом компрессора и с подключенным

турбокомпрессором. У двигателей со свободным турбокомпрес­

103

сором оно даже может поддерживаться на достаточно высо­

ком уровне.

Анализ изменения тепловой нагруженности дал двигателя

с наддувом по внешней характеристике проще всего произ­

водить по формуле 3.61

(РкцПиПд) ’

всоответствии с которой при пропорциональном уменьшении

ркц и а отношение р°ц/а0’99 возрастает, дает основание

предполагать возможность некоторого увеличения теплового потока q, и температуры деталей, несмотря на уменьше­

ние числа оборотов двигателя. Экспериментальные данные

также подтверждают тот факт, что при снижении числа обо­ ротов двигателя по внешней характеристике и при некотором

уменьшении температуры выпускных газов температура дета­

лей может несколько возрастать. Это можно видеть на

рис. 4.6, где приведен график изменения показателей дви­

гателя с наддувом при работе по внешней характеристике.

Всвязи с увеличением температуры деталей цилиндрово­

поршневой группы, ухудшением процесса сгорания и увели­ чением прорыва газа в картер через поршневые кольца рабо­ та двигателей с наддувом по внешней характеристике, как

правило, не допускается. Снижение темпа уменьшения коэф­

фициента избытка воздуха (или даже сохранение а = const )

по внешней характеристике для двигателей с наддувом может

быть достигнуто применением регулируемого турбокомпрессо­ ра. Изменение сечения соплового аппарата газовой турбины

позволяет увеличить ее мощность, поддержать требуемое

число оборотов турбокомпрессора и давление наддува.

Температура деталей в этом случае может быть сохранена

на уровне номинального режима.

104

2. Ограничение нагрузки двигателя по крутящему моменту

Использование ограничительной характеристики М е= const означает, что на всем рабочем диапазоне оборотов двига­ теля крутящий момент не должен превышать своего предель­ ного значения. Это означает также, что касательные на­

пряжения коленчатого вала при этом не будут превышать

предельного значения, так как

где W p - полярный момент сопротивления коленчатого вала. Ограничительная характеристика М е= const в координатах

Ng-Пд представляет собой прямую линию, проходящую через

начало координат и точку,

определяющую номинальный режим работы (см.рис.4.7). Эта характеристика в боль­ шей степени ограничивает

мощность двигателя на промежуточных режимах по сравнению с внешней ха­ рактеристикой и использу­ ется только для двигате­ лей с малыми значениями давления наддува (до I.3-I.5 кгс/смЪ. В форси­ рованных корабельных дви­ гателях с уменьшением

числа оборотов давление наддува и цикловой заряд воздуха

уменьшается.Для сохранения коэффициента избытка воздуха постоянным необходимо снижение he и только на некоторых

105

пользуется для непрерывного контроля нагрузки. В этих целях применяются специальные измерительные устройства. К таким устройствам относятся торсионный и гидравличе­

ский динамометры (принцип действия и устройство динамо­

метров дан в § 4 п. 3 настоящей главы). Наибольшее рас­

пространение получили гидравлические динамометры, которые

устанавливаются на некоторых марках дизелей типа М-503,

имеющих планетарный редуктор. Верхняя и нижняя ограни­

чительная характеристики этих дизелей даются в виде

таблицы зависимости давления масла в динамометре от числа

оборотов. Давление масла пропорционально крутящему момен­

ту двигателя (см. табл. 2).

Значения давления масла в динамометре и

температуры выпускных газов в зависимости от режима работы дизеля

106

3. Ограничение нагрузки двигателя по коэффициенту

избытка воздуха

Построение ограничительной характеристики по <х=const

применяется некоторыми заводами для форсированных,

быстроходных корабельных дизелей и получило в настоящее время широкое распространение. При этом предполагается,

что если на всех режимах работы коэффициент избытка воз­

духа не будет меньше своего номинального значения, то

тем самым будет обеспечено сохранение качества рабочего

процесса в пределах всего рабочего диапазона чисел

оборотов на уровне режима полной или эксплуатационной

мощности.Предполагается также,что при этом тепловое состоя кие поршневой группы и механическая напряженность на проме жуточных режимах будут ниже предела, установленного для полной нагрузки.

Непосредственное измерение значений коэффициента

избытка воздуха в корабельных условиях невозможно из-за

отсутствия необходимых приборов. Поэтому для обеспечения контроля работы дизеля в эксплуатационных условиях обычно пользуются значениями температур выпускных газов. Эти значения соответствуют допустимым нагрузкам и отвечают принятой ограничительной характеристике («.=const\. Одновременно для обеспечения дополнительного контроля

целесообразно производить измерение часового расхода

топлива и, при наличии индикаторных кранов, максималь­

ного давления сгорания.

Ограничительная характеристика ok=const лежит ниже

характеристики M c=const (см. рис. 4.7), причем

допустимый темп снижения мощности при уменьшении числа оборотов будет зависеть от величины давления наддува, особенностей конструкции агрегатов наддува и схемы их

включения.

107

виде предельных значений для всех режимов работы, или в виде кривых (таблиц), дающих предельные значения для

различных оборотов (см. табл. 2). На рис. 4.8 и даны

графические зависимости (а) - максимальных значений дав­

лений сгорания (средних по цилиндрам) и (5") - максималь­

ных значений средних температур выпускных газов по ци­

линдрам от числа оборотов коленчатого вала и мощности двигателя 6ЧН30/38.

Рис. 4.8. Зависимость (а) - максимального давле­

ния (сгорания среднего по цилиндрам), (б) - средних температур выпускных газов по цилиндрам от числа

оборотов коленчатого вала

Г09