книги из ГПНТБ / Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции
..pdfСледует отметить, что если повышение температуры воз
духе наряду с уменьшением мощности вызывает рост тепловой
нагрузки на детали цилиндровой группы дизеля, то умень шение температуры воздуха может вызвать опасность механи
ческих перегрузок. Снижение температуры воздуха приводит
к росту Л* ,рКц, р« и в конечном счете - р* (рис. 5.13).
§ 6. Влияние повышенной влажности воздуха
на показатели работы дизеля
Увеличение абсолютного влагосодержания паров воды
в атмосферном воздухе приводит к уменьшению количества сухого воздуха, а следовательно, и кислороде в единице
объема влажного воздуха. Коэффициент избытка сухого воз духа (форцула 5.II)
. |
Ре |
|
|
Co&v |
Ро |
|
|
уменьшается вследствие уменьшения доли сухого воздуха |
|||
Для оценки изменения <х |
следует; |
Ро |
|
|
|||
- определить изменение удельного веса воздуха перед |
|||
цилиндром |
|
|
|
Y |
РкчМО1 |
7 |
(5.21) |
вки-“ |
R T K4 |
|
|
считая газовую постоянную неизменной и равной газовой
постоянной сухого воздуха; - подсчитать парциальное давление сухого воздуха
Ро ~ Ро~ pHjQ ,
для чего необходимо знать парциальное давление паров во
ды з атмосферном воздухе рн_0 .
Величина pN 0 определяется либо путем псахрометряче-
оких измерений, либо, если задана относительная алажность и температура воздуха, пс формуле (5.II) рнго=Фрн.о ,
по таблицам или графикам (рис, 5.1).
188
Целесообразно подчеркнуть, |
что при |
р Нг„= const |
|
подогрев воздуха (например, |
на |
пути следования к дизелю) |
|
приводит к уменьшению ip , |
и наоборот, |
при ц>=const |
|
и увеличении t 0 (температуры в месте измерения влажно сти), парциальное давление пара в воздухе резко возраста
ет.)
Если число оборотов компрессора неизменно (что со вершенно очевидно для двигателя с ПТК и, как "свидетель
ствуют эксперименты, справедливо для двигателей с СТК),
увеличение влажности приводит к снижению степени повыше ния давления в центробежном компрессоре -р- ■ Причи
на - уменьшение удельного веса воздуха и массовых сил.
Ориентировочное уменьшение ЯГК для центробежного компрес сора может быть оценено по уже известной формуле (5.19)
удельной работы сжатия:
и к = к Ч ~ КТо^ кк' 1Но,д |
|
Величина 1_К,так же как и при изменении |
Т 0', остается |
примерно постоянной,п о э т о м у увеличение R |
приводит к |
уменьшению 31*. Изменение газовой постоянной в |
зависимо |
||
сти от влажности может быть подсчитано по формуле |
|||
D_ R* _ |
81*8 |
■■ ■- |
(5.22) |
К— -77 — --------- |
|||
*28,95-10,95 -2а*0
где |
R - газовая постоянная влажного воздуха, |
||
|
|
кгс-м/кгс град; |
|
Rp. = 848 - универсальная газовая постоянная, |
|||
|
|
кгс-м/кмоль град; |
|
|
28,95 - молекулярный вес сухого воздуха, кгс/кмоль; |
||
ju.=28,9540,95 |
- молекулярный вес влажного воздуха. |
||
|
Очевидно,” что чем больше влаги в воздухе, тем больше |
||
и величина R. |
|
|
|
|
Иногда влиянием влаги на |
пренебрегают, так как |
|
даже яри сравнительно высокой температуре изменение отно
сительной влажности от 0 до 100# приводит к сравнительно
189
небольшому изменению R. Так, при 40°С максимально воз можное изменение газовой постоянной составляет 29,2730,2 кгс-м/кгс град.
При прохождении через компрессор происходит одновре менное повышение давления и подогрев воздуха. Увеличение
давления до рк приводит к |
пропорциональному возрастанию |
|
парциального давления паров |
воды, которое составляет |
|
величину Рн1ох=Риао'р^ . |
Однако, несмотря на это, |
кон |
денсации паров вода не происходит, так кал одновременно растет температура воздуха после компрессора и давление насыщения p! Q в результате чего Ф=-1ягР не увеличивается и не достигает величины, равной единице (только при превышении которой начинается выпадение конденсата).
В двигателе, не оснащенном воздухоохладителем,воздух, содержащий пара вода, поступает непосредственно в цилиндр. Как уже отмечалось, это приводит к уменьшению коэффициента избытка воздуха, ухудшению качества сгорания, снижению индикаторного к. п. д. и индикаторной мощности. Темпера тура газа при этом практически не меняется, так как недогоранне проявляется, в основном, через усиление дымности выхлопа.
Принципиально иную картину можно наблюдать в двига теле, оснащенном воздухоохладителем. Контакт горячего воздуха с охлаждающей поверхностью приводит к конденсации влаги. Влага выпадает на поверхности трубок (пластинок) воздухоохладителя и увлекается потоком воздуха, движущимся со скоростью несколько десятков метров в секунду в цилинд ры.
Выделяющаяся во время конденсации влаги теплота в размере около 500 ккал/кгс в основном отводится в воду, поступающую на охлаждение воздуха.
Капельная влага, попадающая в цилиндр, испаряется, на что расходуется теплота, отнимаемая от нагретых стенок и рабочего тела. В результате происходят одновременное
уменьшение темпетатурн выпускных газов и тепла, отводимо190
го с охлаждающей жидкостью. Несколько уменьшается тем пература поршня.
Интенсивность конденсации возрастает:
-при увеличении давления наддува (по при чине повышения парциаль ного давления паров воды
ввоздухе);
-при уменьшении температуры воды, охлаж дающей воздух (из-за уменьшения давления насы щения вблизи охлаждающей
поверхности).
Как свидетельствуют опыты [в] и литературные данные, в ряде случаев конденсация настолько значительна, что произ водит впечатление течи воздухоохладителя.
На рис. 5.16 пока заны результаты испы таний, выполненных в лаборатории ДВС ЛЕВИНУ, дающие представление об изменении показате лей работы дизеля при
величении относитель ной влажности (темпе ратур» воздуха, заборт ной водя и цикловая подача топлива неизменны).
Полезно подчеркнуть, что для двигателя с возду-
хоохладителем при увеличении влажности:
I) ухудшение процесса сгорания, уменьшение индикатор ного к. п. д. и эффективной мощности не сопровождается, как это было во всех других случаях, увеличением темпера туры газа перед турбиной и увеличением температуры поршня. Таким образом, исключается возможность суждения об умень шении коэффициента избытка воздуха по о д н о м у из основных
показателей - температуре газа; 2) ухудшение сгорания сопровождается усилением
дымности выхлопа (дым бурого цвета).
И хотя угроза тепловой перегрузки поршневой группы дизеля с воздухоохладителем при увеличении влажности уменьшается, не исключаются (хотя и не доказаны) отрица тельные последствия попадания капельной влаги в цилиндр дизеля.
Вопрос о целесообразности уменьшения нагрузки при росте влажности или других мерах, уменьшающих воздействие влаги, остается, таким образом, открытым.
§ 7. Влияние температуры воды перед воздухо охладителем на показатели ДВС
Вкорабельных дизелях наддувочный воздух охлаждается
ввоздухоохладителях забортной водой. Температура заборт
ной воды может изменяться в широких пределах: от близкой к нулю до tw = 30т35°С.
Для каждого конкретного типа воздухоохладителя связь
между температурой воздуха на |
выходе t кц ,температурой |
|
перед воздухоохладителем t K |
и температурой забортной |
|
воды |
t w устанавливается через известное уравнение |
|
|
|
(5.23) |
где |
rj,x- к. п. д. охладителя наддувочного воздуха. |
|
|
Эта величина сравнительно мало зависит от режима ра |
|
боты дизеля и для приближенных расчетов может приниматься
192
постоянной. Оценка г|_х производится по данным испытаний на одном из режимов
„ _ tK-tKU,
Чх. + _ +
Очевидно, что
Таким образом, при неизменном значении t K(t0= const, nTK=const) величина t KU,возрастает с увеличением t w .
Рост температуры перед цилиндрами вызывает уменьшение удельного веса воздуха, циклового заряда цилиндре, а при постоянной цикловой подаче топлива - уменьшение и коэффи циента избытка воздуха
V J k44 h
Последнее приводит |
к снижению индикаторного |
к. п. д. |
|||
Поскольку одновременно |
с уменьшением |
сх. |
из-за увеличения |
||
t K4 уменьшаются |
и |
Д. , снижение |
ч,. |
может |
быть зна |
чительным, особенно для невысоких исходных значений коэф фициента избытка воздуха сх0 (см. рис. 5.3). Одновременно наблюдается рост температуры поршня и газа перед турбиной. Экспериментальные данные, полученные на испытательном стенде ЛВВМИУ,приведены на рис. 5.17. Поскольку число оборотов турбокомпрессора постоянно, общий характер из менения показателей двигателей с СТК может быть распро странен на двигатели с ПТК (при условии незначительного небаланса мощностей в турбокомпрессоре).
Увеличение температуры газа перед турбиной в случае превышения предельно допустимого значения вынуждает уменьшать цикловую подачу топлива. Мощность двигателя снижается на дополнительную величину. На рис. 5.17 (пунктиром)показано изменение мощности в случае поддержа ния температуры газа постоянной. Характер изменения мощ ности в этом случае для двигателей с ПТК и СТК может не сколько различаться.
193
Рис. 5.17. Влияние температуры забортной воды перед воздухоохладителем на показатели дизеля с
СтК и Пд— const (по данным ЛВВМИУ)
194
Вопросы для повторения
1.Назовите значения нормальных (стандартных) атмо сферных условий. Стр. 16I.
2.Каким критерием характеризуется степень насыщения воздуха парами воды? Стр. 162.
3.Подсчитайте парциальное давление сухого воздуха,
если атмосферное давление и температура воздуха соответ
ственно равны р0 = |
1,03 кгс/см и t0= 40°С, а относи |
тельная влажность ф |
=0,8. Сделайте то же самое для |
t 0 = 20°С. Стр. 162. |
|
4.Назовите и поясните критерии, характеризующие механическую и тепловую напряженность дизеля. Стр. 165.
5.Подсчитайте, во сколько раз изменится коэффициент избытка воздуха, если при t 0 = 40°С относительная влаж ность увеличится с 30 до 80$, а коэффициент наполнения не изменяется. Сделайте аналогичный пересчет при условии, что относительная влажность постоянна и равна 70$?, а температура воздуха уменьшается с 40 до 20°С. Стр.165-166
формулы(5.IJ, (5.13, рис. 5.1.
6.Подсчитайте удельный вес воздуха перед цилиндрами
дизеля, если р кц= 2,6 к г с / с м t KUi= 90°С. Стр. 166, формула (5.12).
7.Оцените с помощью рис. 5.3 новое значение индика торного к. п. д. при с*. =1,6, если на исходном режиме с* = 2,2; = 0,43. Величина Л. = 1,4 не изменяется.
Стр. 167.
8.Оцените с помощью рис. 5.4 новое значение индика торного к. п. д., если вследствие изменения внешних усло вий произошло уменьшение степени повышения давления с Л. = 1,4 до Л =1,2. Исходное значение индикаторного к. п. д. подсчитано в п. 7 для с*. = 1,6. Стр. 167-168.
9.Поясните принципы определения предельно-допустимо го числа оборотов при изменении внешних условий в случае использования двигателя на ксрабле с ВФШ.
195
Каковы при этом скорость корабля и мощность, потреб
ляемая двигателем? Стр. I70-I7I. |
рис. 5.5. |
10.Какими причинами мохет быть вызвано повышенное противодавление за турбиной? Стр.172.
11.Начертите и поясните зависимости, характеризую щие изменение показателей для двухтактного дизеля с меха ническим приводом ротатнвного и центробежного компрессо ров в случае роста противодавления за цилиндрами.
Ответьте на вопросы:
а) в каком из двигателей при росте противодавления сильнее уменьшится мощность и возрастет тепловая нагрузка
на цилиндры?
б) в каком случае потребуется более значительное уменьшение цикловой подачи топлива для поддержания темпе ратуры газа в заданных пределах? Стр. 173-175.
рис. 5.7 и 5.8.
12. Назовите главные причины уменьшения индикаторного к. п. д. двигателей с НТК и СТК, работающих в условиях возрастающего противодавления при постоянных цикловых подачах топлива. Стр. 176.
13. Какая схема наддува (СТК или ПТК) делает двигатель более пригодным к работе в условиях повышенного противо давления? Стр. 176
14. Поясните принцип работы дизеля с регулируемой турбиной. Стр. 177.
15.Какими причинами мохет быть вызвано повышенное разрежение перед компрессором? Стр. 178.
16.Поясните механизм влияния повышенного разрежения перед компрессором на индикаторные показатели, мощность
итепловое состояние дизелей с ПТК и СТК. Стр.178-180.
17.Каким образом проявляется влияние барометрического давления на мощность, экономичность и тепловое состояние дизеля? Стр. I80-I8I.
18.Каким образом проявляется влияние повышенной тем пературы воздуха перед компрессором на индикаторные пока
1%
затели, мощность, экономичность и тепловое состояние ди зелей с ПТК и СТК при постоянной подаче топлива. Стр. 183185, рис. 5.13 и 5.14.
19.В каком дизеле (с ПТК или СТК) следует ожидать большего уменьшения мощности в случае роста температуры воздуха перед компрессором и уменьшения подачи топлива для сохранения неизменной температуры газа перед турби ной? Стр. 186.
20.Какова роль воздухоохладителя в механизме влияния температуры воздуха перед компрессором на мощность дизеля?
Стр. 186.
21.К каким последствиям может привести чрезмерное уменьшение температуры воздуха перед компрессором?
Стр. 187.
22.Каков механизм влияния повышенной влажности на мощность, экономичность и тепловое состояние дизеля без воздухоохладителя? Стр. 187-189.
23.В чем особенность воздействия повышенной влажно сти на показатели дизеля в случае промежуточного охлажде ния воздуха? Стр. I89-I9I.
24.Начертите и поясните зависимости, характеризующие изменение показателей двигателя с СТК и воздухоохладите лем в случае возрастания относительной влажности воздуха.
Стр. I89-I9I, рис. 5.16.
25.Поясните зависимость .устанавливающую связь между
температурой наддувочного воздуха с темпепатурой воздуха
иводы перед воздухоохладителем. Стр. 191, формула (5.23).
26.Начертите и поясните зависимости, характеризующие изменение показателей двигателя с СТК от температуры воды перед воздухоохладителем при постоянной подаче топлива и
вслучае уменьшения подачи топлива в целях сохранения не- ’изменной температуры газа перед турбиной. Стр. 192-193,
рис. 5.17.
197