книги из ГПНТБ / Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции
..pdf§ 3. Особенности использования ограничительных характеристик и заградительных параметров в
корабельных условиях
Ограничительная характеристика является чисто
условной линией, за исключением случая, когда в каче
стве ограничительной характеристики используется внешняя. Переход за ограничительную характеристику в большинстве случаев ничем конструктивно не ограничен, поэтому во
время эксплуатации двигателя неизбежны кратковременные
перегрузки двигателя, связанные с маневрированиями ко рабля. Перегрузки возможны при разгоне, во время циркуля ции, на режиме реверсирования и на других режимах. Авто
матическое ограничение подячи топлива в этих случаях при
вело бы к ухудшению маневренных качеств корабля. Кратко
временный выход за ограничительную характеристику обычно
допустим, так как хотя он и перегружает двигатель (этих режимов по возможности следует избегать), но не приводит
к опасным последствиям.
Температура деталей не успевает существенно повы
ситься, а разрушения и поломки деталей от усталостных напряжений могут появиться только через значительное коли чество циклов.
Опасными являются длительные перегрузочные режимы, во время которых температура деталей превышает макси мально допустимые значения, когда наблюдается интенсив
ное лакообразование и нарушение режима смазки. Длительная
перегрузка приводит к интенсивным износам, поломкам де талей и к преждевременному выходу дизеля из строя.
Дтя контроля нагрузки двигателя в условиях эксплуата
ции заводы дают такие предельные значения заградительных параметров, которые могут быть легко измерены в корабель ных условиях. К таким показателям относятся:
- крутящий момент двигателя;
П О
- температура выпускных газов по цилиндрам или в
коллекторах;
-максимальное давление сгорания;
-часовой расход топлива.
Непрерывный контроль нагрузки по крутящему моменту
обеспечивается только на тех двигателях, которые имеют
планетарный редуктор и оборудованы гидравлическим динамо
метром для измерения нагрузки. Для двигателей, не имею
щих динамометров, контроль нагрузки должен производиться по величине t r и рг через определенные промежутки
времени. Так, например, правила эксплуатации судовых
дизелей требуют, чтобы контроль температуры газов про
изводился один раз в четыре часа, а максимальное давле
ние сгорания измерялось при помощи максиметра или меха нического индикатора через каждые 25/30 часов. Измерение
часового расхода топлива обычно производится во время
регулировки дизеля под нагрузкой (динамическая регули
ровка). Во всех случаях контроль нагрузки должен произ
водиться на мощностях двигателя, близких к полным.
Вопросы для повторения
1.Показать, почему при эксплуатации корабельных ДВС возможны их частые и значительные перегрузки. Стр.93.
2.Что понимается под ограничительной характеристи кой дизеля? Стр. 94.
3.Какие ограничительные характеристики образуют
область, внутри которой допускается длительная работа
двигателя? Стр. 94-95.
4.По каким основным показателям завод-изготовитель определяет ограничительную характеристику дизеля? С т р . 95.
5.Почему при отклонении внешних атмосферных условий
от нормальных и при изменении других условий эксплуатации
двигателя необходимо иметь отдельные ограничительные
характеристики? Стр. 96. |
jjj |
6.Может ли внешняя характеристика двигателя исполь зоваться как ограничительная для двигателя без наддува
ис наддувом? Стр. 98-103.
7.Произведите анализ тепловой и механической напря
женности дизеля по внешней характеристике .для двигателя
без наддува и с наддувом? Стр. 98-103.
8.Какие способы ограничения нагрузки двигателя
применяются, если двигатель имеет устройство для измере
ния крутящего момента? Стр. 106.
9.Какие предпосылки используются для ограничения
нагрузки двигателя по номинальному значению коэффициента избытка воздуха? Стр. 107.
10.Каким образом при эксплуатации двигателя произ водится ограничение его работы по температуре выпускных
газов и по максимальному давлению сгорания? Стр. 109.
11.В чем особенность использования заградительных параметров и ограничительных характеристик во время
эксплуатации двигателей в корабельных условиях? Стр.НО.
12.В какие сроки должен производиться контроль на
грузки двигателя? Стр. III.
§ 4. Определение мощности корабельного дизеля
Для предотвращения перегрузки дизеля в период его эксплуатации на корабле недостаточно иметь только ограни чительные характеристики и заградительные параметры. Личный состав должен иметь возможность в каждый момент времени определять действительную мощность двигателя,
сравнивать ее с допустимей и тем самым предотвращать
перегрузки и выход за пределы поля ограничительных ха рактеристик.
В большинстве случаев ограничительная характеристика дается в координатах М е',п д , п о э т о м у задача сводится
II:
к определению мощности и числа оборотов дизеля.
Для измерения числа оборотов вала дизеля широко ис
пользуются электрические и механические тахометры,
счетчики оборотов, тахоскопы и строботахометры, точность
измерения которых лежит в пределах 0,5-5,0$. Повышенную
точность измерения числа оборотов имеют тахоскопы и
строботахометры.
Для определения мощности дизеля кроме числа оборо тов необходимо знать крутящий момент, так как мощность
двигателя определяется по формуле
|
Месо |
Ме0СпА _ |
MeKiA |
3) |
|
|
75 |
75 -30 |
716,г |
Л Х - ’ |
|
где |
зи - угловая скорость вращения вала двига- |
||||
|
|
теля. |
|
|
|
I. |
Определение мощности дизеля, |
работающего |
на |
||
|
|
гидротормоз |
|
|
|
Для определения мощности дизеля в условиях испыта
тельных стендов заводов, береговых ремонтных мастерских
иучебных лабораторий широко используются гидравлические
иэлектрические тормоза. В гидравлических тормозах механическая энергия двигателя преодолевает сопротивле
ние дисков, вращающихся в воде. Механическая энергия в
конечном итоге превращается в тепловую энергию и идет на нагревание воды, пропускаемый через гидротормоз. В элект рических тормозах механическая энергия двигателя преодо левает момент сопротивления якоря генератора, вращающего ся в магнитном поле. Механическая энергия преобразуется
вэлектрическую энергию, которая поглощается специальными
нагрузочными сопротивлениями и в конечном итоге превра
щается в тепловую энергию, которая рассеивается или по
глощается водой.
II.J
Гидравлические тормоза проще по конструкции, компакт нее, могут работать в широком диапазоне чисел оборотов
имощностей. Применяются тормоза дискового, штыревого
илопаточного типов. Рассмотрим принцип действия гидрав лического тормоза дискового типа.' Такие конструкции
тормозов получили наиболее широкое распространение. Прин
цип действия гидротормоза рассмотрим по схеме, изобра
|
женной на рис. 4.9. |
|
|
На валу гидротор |
|
|
моза I жестко закреп |
|
|
лены диски 2. Диски |
|
|
вращаются в камерах, |
|
|
образованных кожухом |
|
|
и перегородками 4. |
|
|
Каждый диск расположен |
|
|
в отдельной камере. |
|
|
Кожух и камеры гидро |
|
|
тормоза |
полностью |
|
или частично заполняют |
|
|
ся водой. Вода посту |
|
|
пает через регулиро |
|
|
вочный |
запорный кран 5 |
|
и подводится к центру |
|
|
камер по каналу 6. |
|
|
Из камер вода уходит |
|
|
через отверстия 7 в |
|
|
золотниках 10, по от |
|
|
водящим каналам и слив |
|
|
ному отверстию 3. По |
|
|
ложение |
отверстий от |
|
носительно радиуса |
|
|
кожуха |
может изме |
|
няться вращением ди- |
|
Рис. 4.9.Принципиальная схема |
сков золотников. Для |
|
гидротормоза |
этой цели предусмотре- |
|
114
на червячная передача 8. Вал гидротормоза свободно
вращается в подшипниках 9. Корпус так же свободно ка чается на валу и посредством рычага связан со специаль
ным весовым устройством. На схеме показано весовое устройство маятникового типа. Вал гидротормоза жестко связан с валом двигателя.
При вращении вала и дисков между поверхностями дисков и водой возникает сила трения, увлекающая воду
и вызывающая вращение воды в сторону вращения дисков.-
Вкамерах под действием центробежных сил возникаетвра
щающееся кольцо воды, толщина которого по радиусу опре деляет величину силы трения дисков. Такая же сила трения
возникает между вращающимся кольцом воды и неподвижным
корпусом с перегородками. На корпусе возникает крутящий
момент, стремящийся провернуть корпус в сторону вращения
вала. Толщина кольца воды и, следовательно, величина мо мента сопротивления гидротормоза может регулироваться двумя способами: изменением положения сливного отвер
стия 7 в золотнике относительно центра дисков, что осу
ществляется поворотом золотника, а при зафиксированном золотнике - регулировочным краном 5, путем изменения
количества |
подаваемой воды.. |
|
|
|
||||
|
Момент вращения, развиваемый двигателем, определяется |
|||||||
выражением |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
M c= M rT= P i |
кгс-м , |
(4.4) |
||
где |
Р |
- величина |
силы на |
опоре весового механизма; |
||||
|
1 - плечо гидротормоза. |
|
|
|
||||
Мощность двигателя определяется по известному моменту |
||||||||
и числу |
оборотов по формуле |
|
|
|
|
|||
|
|
|
„ |
М епА |
Р Ф ид |
Л |
|
(4.5) |
|
|
|
|
716,2* |
716,2 |
кРиА |
Л . С . , |
|
|
|
I |
|
|
|
|||
где |
к |
постоянная гидротормоза. |
|
|
||||
|
|
|
||||||
|
|
7-16,2 |
|
|
|
|
|
|
|
Все гидротормозы для измерения развиваемого двигате |
|||||||
лем момента |
вращения имеют |
весы или специальный весовой |
||||||
115
механизм. Шкала весового устройства может градуироваться в единицах веса или в единицах момента. Каждый гидро тормоз имеет свою гидравлическую характеристику, по которой определяется его пригодность для данного двигате ля. Гидравлическая характеристика гидротормоза изображена
на рис. 4.10, где пока заны:
ОД - линия, соот ветствующая наибольшей мощности, поглощаемой дисками гидротормоза, при полном заполнении камер водой;
ОВ,ОВ<,ОВ4 ,ОЬЭ - линии, соответствующие мощности, поглощаемой гидротормозом при ча стичном заполнении ка мер водой;
А В - линия постоянного крутящего момента, равного максимально допустимому моменту гидротормоза, исходя из условий прочности;
ВС - линия ограничения максимальной мощности, которая определяется по максимально допустимой температу ре воды, отводимой от гидротормоза;
СВ - линия, ограничивающая предельное число оборо тов вала;
□X) - линия минимальной мощности, которую поглощает гидротормоз без воды за счет сил трения вала и дисков о воздух.
Гидротормоз для нагрузки двигателя выбирается так, чтобы предполагаемая характеристика двигателя (м-п-к) располагалась бы внутри поля 0ABCD0. Бели характеристика выйдет за пределы поля нагрузок гидротормоза, то он не
обеспечит нагрузку двигателя на всех скоростных и нагру зочных режимах работы.
2. Определение мощности двигателя, имеющего торсионный вал
Крутящий момент двигателя может быть измерен с помо щью специального калиброванного вала. Такое устройство получило название торсионного динамометра. Принцип из мерения крутящего момента заключается в следующем. Под воздействием крутящего момента калиброванный вал получает
некоторый угол закручивания в пределах упругой деформа
ции вала. Угол закручивания вала будет пропорционален
крутящему моменту. Схема закручивания вала показана
на рис. 4.II. Крутящий момент двигателя определяется по формуле
М е=ц»СгПр кгс-м , (4.6) где ц> - угол закручивания сечений вала на расстоянии
одного метра, рад/м; & - модуль сдвига, кгс/м2;
Прполярный момент инерции сечения вала, м*.
динамометра
117
Модуль сдвига и полярный момент инерции являются
постоянными для торсионного динамометра. Мощность двигате ля определяется по формуле
с |
= мрпА д.С. |
(4.7) |
716,2 |
|
где к - постоянная торсионного динамометра.
Торсионный динамометр должен иметь устройство для из
мерения угла закручивания су . Таким устройством может быть механическое приспособление или приспособление, использующее стробоскопический эффект.
Для определения крутящего момента двигателя, снаб
женного торсионным валом, могут быть использованы тен
зодатчики. Тензодатчик представляет собой элемент, состоящий из нескольких рядов тонкой нихромовой проволо ки. Тензодатчик наклеивается на калиброванный торсионный вал с помощью клея, обеспечивающего необходимую прочность
соединения. Обычно применяется клей БФ-2. При деформации (скручивании) вала витки проволоки также деформируются и изменяют свою длину. Пропорционально удлинению проволо ки изменяется его электрическое сопротивление, которое
измеряется прибором, включенным в цепь тензодатчика.Схема тензодатчика и изменения длины проволоки (от i до I ) дана на рис. 4.12. Измерение крутящего момента основано на том, что сдвиг поверхности вала и, следовательно, изме нение длины проволоки тензодатчика пропорциональны каса тельным напряжениям на поверхности вала
tmax W p |
КГС |
(4.8) |
|
CM* |
|||
|
|
11 8
)
М СОПР
Рис. 4.12. Схема определения крутящего момента
двигателя тензодатчиком
где |
'Етакасательное |
напряжение на. поверхности, |
||
|
кгс/смг; |
|
|
|
|
NNp - момент сопротивления вала, м3 . |
|
||
Крутящий момент равен |
|
|
|
|
|
М е— |
та* \Л/р |
КГС-М . |
(4.9) |
|
Мощность двигателя определяется по формуле |
|
||
(4.10)
Такой метод определения мощности двигателя применя ется только в единичных экспериментальных установках.
3. Измерение мощности дизеля, имеющего гидравлический динамометр
Наиболее надежным способом определения мощности дизе
ля в корабельных условиях является применение гидравличе ского динамометра. Гидравлические динамометры устанавлива
ются на двигателях типа М-503, которые имеют двухступен
чатый редуктор, где в качестве редуктора второй ступени
установлен планетарный редуктор. Схема редуктора дизеля и гидравлического динамометра изображена на рис. 4.13.
119