книги из ГПНТБ / Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции
..pdfДопустимые длительные режимы работы двигателей опре
деляются точками пересечения ограничительной характе
ристики с винтовыми характеристиками при работе двух или
одного винта, как это показано на рис. 4.21. Обычно
число оборотов двигателей в этом случае.оговаривается в инструкции по использованию средств движения корабля.
В целях предохранения двигателей от перегрузки на пар циальных режимах работы должны контролироваться показа тели, характеризующие механическую и тепловую нагруженность.
Многомоторная установка состоит из нескольких дви
гателей, подключенных к одному валу. В том случае, когда
работает только часть двигателей,режим работы называется
парциальным. Если пренебречь изменением механического к. п. д., то при переходе на парциальные режимы нагрузка
двигателя на одинаковых оборотах будет возрастать пропор
ционально отношению
где zAчисло двигателей, подключенных на один гребной вал;
А,д - число отключенных двигателей на одном валу.
На парциальных режимах в многомоторной установке
винтовые характеристики остаются без изменений. Допусти
мый режим работы двигателей определяется точкой пересече ния ограничительной характеристики двигателя и винтовой характеристики. На рис. 4.22 показан пример определения допустимых оборотов двигателя при отключении одного дви
гателя в двухмоторной установке. На рисунке показаны:
I - ограничительная характеристика при работе одного дви гателя, 2 - ограничительная характеристика при работе
двух двигателей, циф |
|
|
|
|
|
|
|||
рами 1У и 2/ показаны |
|
|
|
|
|
|
|||
внешние |
|
характеристики |
|
|
|
|
|
|
|
при |
работе одного и |
|
|
|
|
|
|
||
двух двигателей соот |
|
|
|
|
|
|
|||
ветственно, точкой |
|
|
|
|
|
|
|||
А - допустимый режим |
|
|
|
|
|
|
|||
при работе одного |
|
|
|
|
|
|
|||
двигателя. |
|
|
|
|
|
|
|||
6. |
Нагрузка дви |
|
|
|
|
|
|
||
гателей, |
работающих |
|
|
|
|
|
|
||
на |
винты регулируемо- |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
го шага |
|
|
|
|
|
|
|
|
Бинт |
регулируемо |
|
|
|
|
|
|
|
го |
шага |
|
(BHIi) имеет |
|
20 |
ka |
60 |
гр 80 |
100 |
различные винтовые |
|
|
|
|
|
|
|||
характеристики для |
Рис. 4.22. Определение до |
|
|||||||
каждого |
|
шагового |
|
||||||
|
при |
пустимого режима работы |
|
||||||
отношения. Вид таких |
парциальном использова |
|
|||||||
|
нии двигателей в двух |
|
|||||||
характеристик пока |
|
|
|||||||
|
моторной установке |
|
|||||||
зан на рис. 4.23. |
|
|
|
|
|
|
|||
Наличие |
|
винта регулируемого шага |
позволяет |
использовать |
|||||
двигатели на более экономичных режимах работы и более полно использовать мощность двигателя при изменении отно сительной поступи винтов, т. е. при буксировочных режимах,
плавании во льдах и др. Обычно винтами регулируемого
шага снабжаются тральщики, буксиры и ледоколы, для кото рых характерны разнообразные режимы использования энер
гетической установки, связанные с изменениями винтовой характеристики. Винтами регулируемого шага снабжаются также корабли, для которых характерно парциальное исполь-
139
зование двигателей
в многовальной или в
многомоторной установ
ках.
Как показано на
рис. 4.23 с увеличени
ем шагового отношения
крутизна винтовой ха рактеристики возраста
ет, характеристики ста
новятся более тяжелыми.
Это позволяет наиболее
полно использовать
мощность двигателей.
Пусть, например, на режиме свободного хода тральщика его винтовой характеристикой будет характеристика, опреде ляемая шаговым отноше
нием Н 5/Б . Тогда на режиме плавания с тра
лом сопротивление увеличится, что приведет к уменьшению относительной поступи винта,и винтовая характеристика H3/D станет более тяжелой. Предположим, что она займет место характеристики Цц/Б. В то же самое время винтовая характеристика, соответствующая шаговоадотношению Нг/D также станет более тяжелой и займет положение, которое
на режиме свободного хода занимала характеристика H3/ D . Очевидно, что для более полного использования мощности
двигателей целесообразно перейти на |
новое шаговое |
отношение Нг/ Б . Такое же изменение |
винтовых характери |
стик, только в сторону уменьшения их крутизны будет - происходить и в других случаях, например при включении
ускорительной газотурбинной установки корабля. В этом
140
случае винтовые характеристики дизелей станут легкими и для более полного использования мощности дизелей шаго вое отношение их гребных винтов следует увеличить.
В то же время неправильный выбор шагового отношения может привести к длительной перегрузке и его преждевре
менному выходу из строя. На |
рис. 4.23 поле, где воз |
можны перегрузочные режимы, |
заштриховано двойной штрихов |
кой, а поле допустимых режимов работы двигателя - простой штриховкой. Для обеспечения заданной скорости хода необ
ходимо выбирать такое шаговое отношение, которое харак
теризуется наибольшим к. п. д. гребного винта и двига теля, а точка режима работы должна лежать в пределах
поля допустимых длительных режимов. Обычно инструкция
по использованию энергетической установки с ВНЕ дает рекомендации в отношении наилучшего использования двига
телей для получения заданной скорости хода, однако,
контроль нагрузки двигателя на режимах, близких к пол
ным мощностям, должен быть особенно тщательным.
7. Нагрузка двигателя на режимах "винт-зарядка" и "винт-расход" дизельных энергетических
установок ГЕН
Одновременная работа главного двигателя на винт
для обеспечения хода ШЕ и на генератор для зарядки аккумуляторной батареи называется режимом "винт-заряд ка". Если энергия генератора расходуется на обеспечение других нужд, то такой режим работы принято называть
"винт-расход". Возможность одновременной работы двига
теля на винт и на генератор объясняется наличием неко
торого резерва мощности двигателя, работающего по вин
товой характеристике. На рис. 4.24 представлены винто вая I, ограничительная 2 и внешняя 3 характеристики
двигателя. Из сопоставления винтовой и ограничительной характеристик следует, что при работе двигателя на винт
141
|
|
|
|
|
|
на оборотах, |
меньших |
100 |
|
|
|
|
|
(номинальных) |
имеется |
|
N e % |
|
|
|
|
некоторый резерв мощно |
|
|
|
|
|
|
сти, который можно ис |
||
|
|
|
|
|
|
||
80 |
|
|
|
|
'/\ ч |
пользовать для получе |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
^ 3 А |
ч4щ |
ния электрической |
||
|
|
|
энергии, не перегружая |
||||
|
|
|
|
||||
60 |
|
|
|
двигатель. Величина |
|||
|
/ 2 |
/ Х \ > |
М |
|
|
|
|
|
|
\ |
|
резервной мощности |
|||
|
|
|
|
V x v v v \ |
|||
|
|
|
|
Ч/ |
|
ограничивается отрез |
|
к) |
1/ |
|
И |
|
ком линии Д № е между |
||
|
|
ограничительной и вин |
|||||
|
|
|
|||||
|
\ Л |
§ ш |
|
товой характеристиками. |
|||
|
|
Величина |
может |
||||
20 |
|
|
|||||
|
|
быть определена по пре |
|||||
|
|
|
1Р п °/о |
дельным ограничительным |
|||
|
|
|
параметрам. |
Такое оп |
|||
20 |
АО |
60 |
80 |
100 |
ределение необходимо |
||
|
|
|
|
|
|
производить тщательно, |
|
Рис. 4.24. Определение резерва |
так как ошибка в сторо |
||||||
мощности |
|
при работе двигате |
ну увеличения мощности, |
||||
ля в режиме "винт-зарядка" |
|
||||||
|
|
|
|||||
используемой генерато ром, может стать причиной длительной перегрузки двигателя. Область перегрузочных режимов лежит между внешней и огра ничительной характеристиками. Контроль нагрузки двигателя, работающего в режиме "винт-зарядка" или "винт-расход",
должен осуществляться по принятым ограничительным пара
метрам.
В. Нагрузка двигателя при
пуске
Пусковой режим работы двигателя является кратковре менным неустановившимся режимом. При пуске возможна пе регрузка двигателя по механическим напряжениям. Макси-
142
мальное давление сгорания в период пуска может достигать значений, которые в полтора раза превышают максимальные давления сгорания на номинальном режиме работы двигателя. Это объясняется малым числом оборотов двигателя, большим периодом задержки самовоспламенения топлива, увеличенной порцией топлива и наличием в камере сгорания несгоревшего
топлива или топлива невоспламенившегося во время предыду
щих циклов. Пусковой период характеризуется также большой жесткостью работы двигателя.
Для облегчения пуска двигателя подача топлива должна
быть увеличена, но не более, чем до 50-60$ от номинальной
подачи. Большая порция топлива, подаваемая насосом во
время пуска, может привести к чрезмерному увеличению давления сгорания, увеличению жесткости работы двигателя
и увеличению числа оборотов (забросу оборотов) сразу
после пуска. Необходимо учитывать, что всережимный регу
лятор во время пуска стремится установить рейку топливного насоса в положение максимальной подачи топлива (на упор максимальной подачи топлива), в связи с чем большинство
регуляторов имеют специальное устройство для ограничения
величины подачи топлива во время периода пуска. Рассмотрим работу всережимного регулятора в момент
пуска двигателя на примере центробежного регулятора пря
мого действия (рис. 4.25). Перед пуском двигателя ры чаг I устанавливается в положение подачи топлива, соответ
ствующее пусковым оборотам. Так как центробежная сила
регулятора Fu, равна нулю, то сила пружины 2 F„p опустит
муфту регулятора 3 в крайнее нижнее положение, которое
соответствует максимальной подаче топлива. В целях исклю чения перегрузки двигателя и предупреждения заброса оборо
тов сразу после пуска в регуляторе устанавливается упор
пуска 4, который ограничивает ход рычага 5, тем самым
ограничивая ход рейки и подачу топлива в период пуска.
Упор вводится в рабочее положение переводом рычага
управления двигателем в положение "ПУСК" и выводится из
143
m ПоЗача масла
о т прокачаЬ а- Т Г ющеео а г р 9 г а т а
X перо0 пуском.
Рис. 4.25. Схема центробежного регулятора
прямого действия с гидравлическим упором пуска
рабочего положения при переводе рычага управления в поло жение "РАБОТА". Двигатели типа М-50 и М-503 снабжены
регуляторами, которые имеют упоры пуска с гидравлическим управлением. Они срабатывают при включении маслопрокачи вающего агрегата во время пуска двигателя. Упор пуска имеет устройство для регулировки величины порции топлива,
подаваемой во время пуска. Неправильная регулировка упора
может стать причиной перегрузки двигателя при пуске.
9. Нагрузка двигателя при страгивании с места- и разгоне корабля
Вероятность перегрузки двигателя существует также
при страгиванли с места и разгоне корабля. Уравнение движения корабля во время разгона может быть представ лено в виде
(4.25)
144
где - суммарный эффективный упор гребных винтов;
R - сопротивление воды движению корабля;
щ - масса корабля;
V - скорость движения корабля.^
На установившемся режиме работы -^г= 0 , эффективный
упор равен сопротивлению R . Затраты энергии на разгон
превышают сопротивление R |
на величину, |
зависящую от |
dv |
Нагрузка двигателя при |
|
массы корабля и ускорения |
||
разгоне может быть определена из уравнения моментов |
||
M-L= М 6+Мм-*гЗ |
7 |
(4.26) |
где Miиндикаторный момент двигателя;
М6- момент, потребляемый гребным винтом;
Мм- момент, затрачиваемый на преодоление механических потерь двигателя;
3динамический момент вращающихся масс вала и двигателя.
Разгон корабля может осуществляться только за счет резерва мощности, которую имеет двигатель. Если обратить ся к рис. 4.26, то этот резерв мощности определяется пло щадью между винтовой и ограничительной характеристиками. Практически для улучшения маневренности корабля и ускоре
ния разгона используется дополнительный резерв мощности,
лежащий выше ограничительной характеристики. Кратковремен ная работа двигателя в области, расположенной выше огра ничительной характеристики, как указывалось в § 2, не приводит к резкому возрастанию температуры деталей двига
теля и к увеличению механической напряженности.Однако даже
кратковременная работа двигателя в области перегрузок крайне нежелательна, так как она увеличивает износ дета
лей и снижает надежность двигателя. Использование области перегрузок во время разгона корабля может быть допущено
145
только в том случае,
когда условия плавания
|
или боевая обстановка |
||
|
требуют быстрого уве |
||
|
личения скорости ко |
||
|
рабля. В обычных усло |
||
|
виях плавания разгон |
||
|
необходимо производить |
||
|
при таких ускорениях |
||
|
корабля, которые не |
||
|
требуют перегрузки |
||
|
главных двигателей. |
||
|
Изменение |
оборотов |
|
|
и нагрузки двигателя |
||
|
при страгивании с места |
||
|
и при разгоне корабля, |
||
|
имеющего винт фиксиро |
||
|
ванного шага, |
можно |
|
|
проследить по |
графику, |
|
Рис. 4.26. Характер изменения |
изображенному на |
||
рис. 4.26. На графике |
|||
нагрузки двигателя при страгива- |
|||
нии с места и при разгоне кораб |
показаны винтовая I, |
||
ля |
|||
|
|
||
ограничительная 2, внешняя 3 и регуляторная 4 характеристики двигателя. Дви гатель пускается и работает на холостом ходу (точка А). При включении соединительной муфты мощность двигателя
будет увеличиваться по регуляторной характеристике 4,
при этом в результате запаздывания срабатывания регуля
тора возможно некоторое снижение (провал) оборотов. Линия
работы двигателя в этом случае показана пунктиром(А-А'-А).
Подача топлива при включении соединительной муфты может
достичь максимального значения. По мере увеличения скоро
сти корабля мощность двигателя будет уменьшаться по регу
ляторной характеристике ( д - Д О |
тех П°Р* |
пока |
корабль |
не достигнет постоянной скорости |
хода в |
точке |
Б пе- |
146
ресечения регуляторной и винтовой характеристик.
Разгон корабля до полной скорости хода может осуществ
ляться экстренно (с максимальным ускорением) или плавно с таким ускорением,при котором величина избыточной мощности, необходимой для ускорения движения корабля,не будет превы
шать значений,лежащих выше ограничительной характеристики
двигателя. При экстренном разгоне корабля рукоятка управ ления двигателем сразу переводится в положение,соответст
вующее полному числу оборотов.В этом случае регулятор
установит полную подачу топлива и двигатель будет рабо
тать по внешней характеристике до тех пор,пока корабль
не разовьет полного хода, а двигатель - не достигнет пол ного числа оборотов. На схеме этому соответствует линия
Б-Б-Н. Для разгона будет использована максимальная избы
точная энергия,величина которой определяется площадью
Б-ЕгН-Б.На значительном участке разгона двигатель будет ра ботать по внешней характеристике, т. е. в области пере
грузки, выше ограничительной характеристики.
Фактически время экстренного разгона корабля будет
определять приемистость двигателя.Это время,как было пока
зано раньше,зависит не только от свойств двигателя,но и от характеристик пропульсивного (гребного) комплекса корабля.
При плавном разгоне корабля рукоятка управления оборо тами двигателя должна перемещаться плавно с ограниченной скоростью или ступенчато.Работа двигателя осуществляется
как бы через ряд промежуточных скоростных режимов.Скорость
перемещения рукоятки должна быть такой,чтобы мощность
двигателя в период разгона не превышала предельно допу стимой, определяемой ограничительной характеристикой.На
рис.4.26 линия плавного разгона обозначена буквами БСН. Чем меньше скорость перемещения рукоятки управления двига телем, тем меньше резерв мощности используется для разгона,
тем меньше нагрузка двигателя.Резерв мощности,используе мый при плавном разгоне,заштрихован двойной сеткой.
На рис. 4.27 показано изменение числа оборотов и кру-