книги из ГПНТБ / Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции
..pdf§ 3. Особенности протекания рабочих процессов
при пуске дизеля
Пусковой режим дизеля является неустановившимся режи
мом работы.
Кособенностям пускового режима относятся:
-малая продолжительность ( 'Сп= I - 35 с);
-прокрутка коленчатого вала дизеля от пускового
устройства с малым числом оборотов п пр (не более 0,2пн);
-низкая температура стенок цилиндра, головки и поршня. Даже у предварительно подогретого до +40°С двига
теля температура стенок камеры сгорания в 3-6 раз ниже, чем у работающего;
-температура масла и воды на входе и выходе из
двигателя более низкая, чем у работающего дизеля;
-при пуске дизеля без нагрузки резко изменяется
число оборотов коленчатого вала от п лр до оборотов, в 1,3-1,5 раза превышающих обороты холостого хода.
Все это приводит к значительным изменениям в протека нии процессов рабочего цикла, в работе топливной аппара туры, агрегатов наддува, режимов смазки и охлаждения
дизеля.
Процесс наполнения цилиндра дизеля при пуске
Четырехтактные дизели
Вследствие малых чисел оборотов при прокрутке колен
чатого вала наполнение цилиндров свежим зарядом воздуха у четырехтактных дизелей с наддувом происходит так же,
как и у двигателей без наддува - только за счет всасываю
щего хода поршня.
208
Двухтактные дизели
Процесс продувки и наполнения при пуске двухтактных дизелей происходит при давлении ркц несколько большей атмосферного, но меньшем, чем при работе дизеля на мини мально устойчивых числах оборотов.
При повышении противодавления на выпуске и разрежения на впуске процесс наполнения и очистки цилиндров ухудша ется и цуск затрудняется.
Процесс сжатия
Для обеспечения надежного пуска дизеля необходимо
к |
концу хода сжатия в цилиндре создать также давление рс |
и |
температуру Т с? которые были бы достаточны для образо |
вания, самовоспламенения и интенсивного сгорания рабочей |
|
смеси. |
|
Давление р е.=Р0|£"< и температура Т с= Т а&"4"1 зависят от параметров начала сжатия р я и Т а ,степени сжатия Ь и среднего значения показателя политропы сжатия
Вследствие малого числа оборотов коленчатого вала при прокрутке процесс сжатия сопровождается:
- значительная утечками воздушного заряда шз ци линдра двигателя через открытые впускные «япянн в начале сжатия (рис. 6.6) [8] , через зазоры между поршневыми кольцами, между поршнем ж втулкой цилиндре в процессе всего хода сжатия. Чем бодьие угол запаздывания закрытии впускных клапанов а чем меньше число оборотов коленчатого вала, тем больше потери воздушного заряда, тем меньше давление рс ж температуре Т с в конце хода сжатия [в],
M s
- значительная потер*яя тепла от сжимаемого воздуш ного заряда в стенки цилиндре. Эти потери тем больше, час
ниже температура стенок цилиндра, чем больше время тешю-
гго
Рис. 6.6. Зависимость температуры Тс, давления
Рс в конце хода сжатия,
среднего показателя поли-
тропы сжатия п., и утечек
воздушного заряда за ход сжатия AGb % от средней
скорости поршня при пуске двш,8теля с
обмена, т. е. чем меньше
средняя скорость поршня
r |
Sпх\р |
, |
tm = ~"50 |
^ с |
|
и чем больше отношение
поверхности цилиндра F к
его объему V.
Зависимость pC l r'tM n i от средней скорости поршня
при прокрутке двигателя М-50
показана на рис. 6.6. Надеж ность пуска дизеля резко возрастает при увеличении
средней скорости поршня при
прокрутке от 0,4 до 1,75 м/с. При дальнейшем
увеличении средней скорости
поршня давление р с и тем пература T t в конце сжатия
увеличиваются медленно, а
мощность пускового механиз ма значительно возрастает.
Процесс смесеобразо
вания и сгорания
Пуск холодного дизеля
производится при ручном
управлении подачей топлива.
При этом цикловая подача
топлива близка к номинальной
~ (0,6-0,8) Cr!iJw . Цуск
предварительно подогретого дизеля производят при поло жении рукоятки поста управ
210
ления на автопуске и цикловой подаче &^п*=.(о,~5^-ОЛ)&ти •
При малом числе оборотов прокрутки коленчатого вала от пускового механизма увеличиваются утечки топлива через
зазоры плунжерных пар, понижается давление впрыска и
возрастает неравномерность подачи топлива по цилиндрам. Неравномерность подачи топлива по цилиндрам достигает
70# и более. Это приводит к ухудшению качества распыла
топлива и смесеобразования. Возрастает период задержки самовоспламенения, особенно при пуске холодного дизеля.
Ухудшается самовоспламенение и сгорание топлива. Увеличи
вается неполнота сгорания топлива, что приводит к усилен ному нагаро- и лакообразованию на деталях и к загрязнению
масла. Появляются пропуски вспышек, коленчатый вал враща ется неравномерно, а максимальные давления сгорания в
отдельных цилиндрах ~ в 1,5 раза превышают pz номи
нального режима.
Все это приводит к нарушению режима смазки и охлаж дения, значительной перегрузке отдельных деталей и к
повышенному износу втулок цилиндров, поршней, поршневых колец и подшипников, особенно при пуске холодного дизеля.
Износ втулки цилиндра за один пуск холодного дизеля приблизительно равен износу за 7-10 часов работы двигате ля на номинальном режиме.
§ 4. Факторы, определяющие пусковые свойства дизеля
Согласно ГОСТу 10448-63 судовые дизели должны надежно
пускаться из холодного состояния, т. е. при температуре
воды, масла и топлива в дизеле, равной температуре окру жающей среды, но не ниже +8°С.
Пусковые свойства корабельного дизеля характеризуют
готовность его к действию и оцениваются:
- временем, |
затрачиваемым на приготовление дизеля |
и систем к пуску; |
211 |
- надежностью (безотказностью) пуска при темпера
турах, оговоренных техническими условиями на поставку
дизеля;
-продолжительностью пускового режима;
-расходом энергии на пуск дизеля.
I. Влияние температуры двигателя, воды и масла
Время, затрачиваемое на приготовление дизеля к пуску, зависит от конструкции двигателя и его систем, от темпе
ратуры самого дизеля, воды и масла перед пуском, от тем
пературы окружающей среды.
При температуре масла и дизеля +20°С и выше время приготовления дизеля к пуску ограничивается длительностью
его прокачки маслом. Продолжительность непосредственного пуска не превышает 15-20 с.
С понижением температуры возрастает время, затрачивае
мое на подогрев дюееля, воды и масла перед пуском, про
качку дизеля маслом, и расход энергии на пуск. Продолжи
тельность непосредственного пуска достигает 30-35 с. Готовность дизеля к пуску определяется временем по
догрева масла. При нормальном приготовлении дизеля к пуску масло подогревается до +40°С. Время, затрачиваемое на подогрев масла до +40°С, зависит от начальной темпе ратуры масла, емкости масляной циркуляционной цистерны, поверхности и мощности нагревательного элемента, скорости циркуляции масла, конструкции дизеля. Время подогрева
масла от +5 до +40°С составляет |
20-60 мин. |
При экстренном приготовлении разрешается пуск холод
ного дизеля только при подогреве масла до +20°С. Это
вызвано тем, что при понижении температуры масла его вяз
кость резко возрастает. Увеличение вязкости масла затруд няет его подачу в зазоры между трущимися поверхностями и
вызывает резкое повышение давления в нагнетательном и откачивающем трубопроводах, что может привести к повреж-
212
дению трубопроводов, фильтров и холодильника.
При понижении температуры дизеля условия его пуска
ухудшаются. Уменьшаются давление и температура в конце
сжатия, увеличивается период задержки самовоспламенения, ухудшаются условия самовоспламенения и сгорания топлива,
увеличивается сопротивление прокручиванию коленчатого
вала, увеличивается продолжительность пуска и расход
воздуха на пуск.
Подогрев двигателя, воды и масла перед пуском улуч
шает его пусковые свойства. Зависимость продолжительно сти пуска двигателя М-50 от температуры показана на
рис. 6.3 [8], а зависимость вязкости масла гц,момента сопротивления прокрутке вала и периода задержки само
воспламенения топлива Xi от температуры показаны на
рис. 6.7, [8].
2.Влияние температуры воздуха на впуске в дизель
'Согласно опытным данным [I], [8] понижение темпера
туры воздуха на впуске в дизель на Ю ° С при одной и той же скорости прокрутки вызывает понижение температуры
начала сжатия приблизительно на 7,5-8,5°С, а температуры
в конце сжатия приблизительно на 9°С, что приводит к
ухудшению пуска.
3. Влияние размеров цилиндра, формы камеры
сгорания и степени сжатия
Согласно данным [I], [2], [6],[8] для обеспечения надежного пуска судовых дизелей при температуре выше +20°С средняя скорость поршня должна быть С~0,5-0,8 м/с,
а при температуре от +20 до +8°С Ст« 0,8-1,8 м/с. Зная
среднюю скорость поршня, нетрудно определить минимальное число оборотов прокрутки для дизелей с различными разме
рами цилиндра:
213
Рис.6.7. Зави
симость относительного изменения вязкости тх масла МС-20, среднего
давления ,момента сопротивления при про крутке Мпр и периода задержки самовоспламе нения <ti при пуске двигателя 12 ЧН18/20 от температуры -fc®с
1 - при п = 50 об/мин;
2 - при п = 200 об/мин
3 - при п = 500 об/мин
214
|
|
|
|
30с, |
о^/мин |
|
|
|
|||
|
|
|
nPmin |
? |
7 |
|
|
||||
где |
5 - ход поршня, м; |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
ст - средняя скорость поршня, м/с. |
|
|
||||||||
|
Зависимость |
n nprtli(1 |
от хода |
|
|
|
|
|
|||
поршня показана на рис. 6.8. |
|
600 |
— |
--- !— |
|||||||
Чем больше диаметр цилиндра, |
|
|
|
||||||||
|
|
ПпргILn 05/MLLH |
|||||||||
тем с меньшим числом оборо |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
тов необходимо прокручивать |
|
500 |
|
1 |
|
||||||
коленчатый вал при пуске ди |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
зеля. Это объясняется тем, |
|
|
|
|
|
|
|||||
что с увеличением диаметра |
|
UOD |
|
|
|
||||||
цилиндра уменьшается отно |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
сительная поверхность теп |
|
|
|
|
|
|
|||||
лоотдачи, |
|
|
|
|
ъоо |
\ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
v h |
ot-D-s |
|
|
|
|
|
V21 5 |
|||
|
|
k |
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
а следовательно,и теплоотвод |
|
|
|
|
|
||||||
при сжатии. Давление |
и |
|
|
|
|
Л |
|
||||
температура Т с |
в конце |
сжа |
|
|
|
|
|
||||
тия повышаются, рис.6.6 [8]. |
|
100 |
|
|
|
|
|||||
|
Наибольшую величину -9 |
|
|
|
|
|
|
||||
имеют дизели с |
разделенны |
|
|
|
|
|
S Ai |
||||
ми камерами сгорания |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
0.1 |
0,2 |
0,3 0,4 0,5 |
|||||
рис. |
6.9 |
[8]. Для их пуска |
|
|
|
||||||
коленчатый вал необходимо |
Рис. 6.8. Зависимость мини |
||||||||||
мального числа оборотов про |
|||||||||||
раскручивать с большим чис |
|||||||||||
крутки |
коленчатого вала |
||||||||||
лом оборотов, несмотря на |
Ппргти |
при пуске дизеля от |
|||||||||
величины хода поршня S • |
|||||||||||
то, |
что они имеют большую |
||||||||||
I |
- |
при X = +20°С и с т =. |
|||||||||
степень сжатия “Е. =17т18. |
|
=0,8 |
м /с; |
2 - при Ь = +15°С |
|||||||
|
и с т = |
1,0 м /с: |
3 - при t = |
||||||||
При равных диаметрах цилинд |
= +8°С и с^=1,8 м/с |
||||||||||
ра с увеличением степени |
|
|
|
|
|
|
|||||
сжатия пусковые |
свойства дизеля |
улучшаются, |
так как |
||||||||
215
повышаются давление рс и темпе
ратура Т с в конце сжатия.
Пусковые свойства дизеля ухудшаются по мере увеличения износа поршневых колец, поршней, втулок цилиндров, впускных и выпускных клапанов и топливной аппаратуры.
Износ деталей цилиндрово поршневой группы приводит к увеличению утечек заряда на
О<00 200 500 400 500 ходе сжатия, уменьшению степени
сжатия, давления рс и темпера туры Тс в конце сжатия.
Износ топливной аппаратуры приводит к ухудшению качества распыла топлива.
Все перечисленное приводит к увеличению продолжитель ности пуска, необходимости прокручивать коленчатый вал с большим числом оборотов и к увеличению расхода воздуха на пуск.
4.Влияние количества и качества топлива, впрыскиваемого в цилиндр дизеля
Ранее было сказано, что пуск холодного дизеля произ водится при увеличенной цикловой подаче топлива, близкой к номинальной. С увеличением цикловой подачи топлива по вышается давление впрыска, улучшается смесеобразование и воспламенение и при сгорании выделяется большее коли чество тепла, что способствует более быстро^ раскручи ванию коленчатого вала и переходу дизеля к работе на топливе.
Цуск холодного дизеля при увеличенной подаче топлива производится при ручном управлении топливными насосами и
216
требует определенного навыка. При отсутствии навыка
неумелый пуск холодного дизеля без нагрузки может приве сти к аварийному забросу числа оборотов.
Нормальная эксплуатация корабельных дизелей произво
дится на дизельном топливе ГОСТ 4749-49 с процентным . содержанием серы не более 0,2%.
На пусковые свойства дизеля оказывают влияние цетано
вое число, фракционный состав и вязкость топлива. Пуско вые свойства дизеля ухудшаются с уменьшением цетанового
числа топлива, утяжелением его фракционного состава и
увеличением вязкости.
Уменьшение цетанового числа вызывает увеличение пе риода задержки самовоспламенения. Утяжеление фракционного
состава ухудшает испаряемость топлива. Увеличение вязко
сти ухудшает качество распыла.
|
5. Влияние угла опережения подачи |
топлива |
||
Для каждой марки дизеля суще |
|
|
||
ствует оптимальный угол опережения |
|
|
||
подачи топлива, при котором пуск |
|
|
||
дизеля осуществляется при наимень |
|
|
||
шем числе оборотов прокрутки колен |
|
|
||
чатого вале и при наименьшей про |
|
|
||
должительности пуска Ф п. Зависи |
|
|
||
мость |
от угла опережения |
|
|
|
подачи топлива показана на рис.6.10 |
|
|
||
[8]. |
|
|
|
|
При большом угле опережения |
|
|
||
впрыск топлива происходит при низ |
|
|
||
ких давлении и температуре возду |
Рис. 6.10.Зависимость |
|||
ха в цилиндре дизеля, вследствие |
продолжительности |
|||
чего ухудшается смесеобразование |
пуска |
'Ги двигателя |
||
12ЧН 18/20 от угла |
||||
и затрудняется самовоспламенение. |
опережения подачи |
|||
топлива с х ^ / р 5 = |
||||
Период задержки самовоспламенения |
||||
115 кгс/смг; Vi- = |
||||
|
|
=410 л; ф =+15°С |
||
217