книги из ГПНТБ / Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции
..pdfВ целях снижения темпера турных напряжений при прогреве,
сокращения времени прогрева и
повышения надежности пуска про изводится предварительный подо грев двигателя перед пуском пу тем принудительной прокачки через него горячей воды от работающе го вспомогательного двигателя или водоподогреватедя. Предва
рительный подогрев двигателя до 45-50°С снижает температур
ные напряжения в 1,5-2 раза [2].
Рис. 7.5. Перепад тем
ператур во втулке ци линдра по высоте через 30 с после пуска при выводе дизеля 11Д на режим 67% мощности
сразу же после пуска [3]
§3. Изменение зазора между втулкой цилиндра
ипоршнем
Наряду с повышением температуры деталей двигателя
при прогреве происходит изменение их линейных размеров,
которые определяются по формуле |
|
Д г= Д , и + < х / № , |
(7.2) |
228
где |
и Д 2 - начальный и конечный линейные размеры |
|
детали при нагреве, мм; |
|
(Л - коэффициент линейного расширения, |
|
мм/град*мм ; |
|
ЬХ - изменение температуры при нагреве,°С. |
|
Тепловое расширение деталей приводит к изменению |
зазоров между ними. Наибольшие изменения в величине зазора наблюдаются между поршнем и втулкой. Их неравно
мерное и неодновременное прогревание приводит к тому, что поршень расширяется быстрее втулки и зазор между
ними сокращается. Существенное сокращение зазора и не
достаточная подача масла к деталям цилиндрово-поршневой
группы при прогреве могут привести к задиру поршней. Это произойдет при пуске холодного двигателя с быстрым
выходом на большую нагрузку и на высокое число оборотов при низкой температуре смазочного масла. Ввиду большой
вязкости холодное масло будет в недостаточном количестве поступать на смазку втулки цилиндра, головного подшипни
ка или на охлаждение поршня, что вызовет местный пере грев отдельных участков поршня и полное исчезновение зазора.
По мере прогрева и расширения втулки зазор принимает нормальное значение и стабилизируется. Если прогрев двигателя осуществляется при постепенном увеличении нагрузки, то зазор сохраняется в пределах допустимых норм и не приводит к задиру.
§4. Изменение температуры смазочного масла
иохлаждающей воды
При снижении температуры' возрастает вязкость смазоч ного масла и затрудняется его прохождение к трущимся
поверхностям. Недостаточная подача смазки может вызвать подплавление подлинников и задиры. Достижение нормальных
229
температур смазочного масла после пуска холодного двига
теля следует рассматривать как важнейший критерий,
определяющий длительность прогрева.
Если бы стабилизация температур масла, стенок ци линдра и охлаждающей воды происходила одновременно, то
определение длительности прогрева не представляло бы
затруднений. Однако прогрев масла происходит значительно медленнее, чем прогрев стенок цилиндра и охлаждающей
|
воды. На рис. 7.6 показаны |
|
|
кривые изменения температуры |
|
|
масла и охлаждающей воды в |
|
|
зависимости от времени про |
|
|
грева. Стабилизация темпера |
|
|
туры охлаждающей воды насту |
|
|
пает через 10 мин, в то время |
|
|
как температура смазочного |
|
|
масла продолжает расти более |
|
Рис. 7.6. Изменение |
часа. Закономерность изме |
|
нения температур масла и воды |
||
температуры масла I , |
||
для двигателей различных типов |
||
воды на входе в двига |
||
тель (2) и воды на выхо |
примерно одинакова. |
|
де из двигателя (3) в |
||
Возможность надежной ра |
||
зависимости от времени |
||
при выводе дизеля 9Д |
боты двигателя на полной мощ |
|
на режим полной мощности |
||
за 10 с |
ности после пуска обеспечива |
|
|
ется такой минимальной темпе |
ратурой масла, которая гарантирует подачу достаточного количества смазки к наиболее удаленным узлам.
Хотя пределы изменения вязкости в зависимости от
температуры различны для различных сортов масел, однако,
как правило, при температурах ниже 15-20°С происходит
особенно резкое увеличение вязкости, поэтов для сокра
щения времени прогрева следует подогревать масло перед
пуском двигателя. Подогрев масла до температуры 15-20°С не дзет необходимого эффекта, так как,поступая из цирку ляционной цистерны в двигатель,масло соприкасается с
230
холодными поверхностями и значительно снижает свою тем пературу. Чтобы температура масла на выходе из двигателя была в пределах 18-20°С, необходим предварительный подо грев масла в цистерне до температуры 40-45°С. Причем для
тяжелых тихоходных двигателей со значительной массой ме талла и большим количеством циркуляционного масла требу
ется более продолжительный подогрев, чем для легких быст роходных двигателей.
§ 5. Режимы прогрева корабельных двигателей
Продолжительность прогрева зависит от типа двигателя,
его первоначального теплового состояния, величины нагруз ки при прогреве и колеблется в пределах от 2 до 45 мин.
Продолжительность прогрева и последовательность увели чения нагрузки двигателя определяются заводом-изготовите-
лем на специальных испытаниях. Эти данные указываются в эксплуатационных инструкциях. Двигатель считается про
гретым и готовым к принятию полной нагрузки, когда при за данных установившихся Ne и пд температура воды и масла на входе и выходе поднимется до значений, указанных в ин струкции, и в дальнейшем остается неизменной.
Продолжительность прогрева является одним из факторов,
который определяет готовность корабля к снятию с якоря или швартовов и к развитию полного хода. Прогрев может быть нормальным и экстренным (ускоренным). При нормаль ном прогреве нагрузка повышается ступенями с выдержкой
времени работы дизеля на каждой ступени нагрузки. При
экстренном прогреве порядок и время вывода дизеля на пол
ную мощность определяются инструкцией завода-изготовителя.
В экстренных случаях сокращение времени прогрева мо жет быть достигнуто уменьшением продолжительности отдель ных ступеней прогрева; перепуском части охлаждающей воды
и смазочного масла помимо холодильников; перепуском части
231
охлаждающей воды в приемную полость циркуляционного насоса помимо двигателя; уменьшением подачи забортной воды.
При этом следует помнить, что, чем быстрее прогрева
ется двигатель, тем выше в нем температурные напряжения. Если при нормальном прогреве есть достаточный запас проч
ности в деталях по напряжениям, то при экстренном прогреве
этот запас сводится до минимума и малейшее отступление от инструкции может привести к поломкам или к аварии двига
теля.
Экстренное приготовление главных двигателей к пуску и экстренный прогрев производятся в исключительных случа
ях и только по приказанию командира корабля. О каждом слу
чае экстренного прогрева должна быть сделана соответствую
щая запись в вахтенном машинном журнале. При проведении экстренного прогрева командир электромеханической боевой части должен принять дополнительные меры по обеспечению нормальной работы двигателя.
Ниже приводятся данные конечных температур или ориен
тировочное время продолжительности прогрева некоторых корабельных дизелей.
1.Двигатель М-503 считается полностью прогретым
иготовым к принятию полной нагрузки, когда температура масла на входе не ниже 60°С, а температура воды на выходе
не ниже 75°С.
2.Двигатель 40 ДМ. Ориентировочное время выхода на
полную мощность из холодного состояния составляет 13 мин.
3.Двигатель 6 ЧН 30/38. Ориентировочное время выхода на полную мощность из холодного состояния составляет
20 мин.
4.Двигатель 37Д. Ориентировочное время выхода на пол
ную мощность из холодного состояния составляет 45 мин. При экстренном прогреве это время может быть сокращено до 25 мин.
5.Двигатель типа 61. Перед пуском вода и масло пред
варительно подогреваются до температуры 40°С, после чего
232
двигатель выводится на полную мощность за 15 мин. В экст
ренных случаях время прогрева может быть сокращено до
10мин.
§6. Снижение нагрузки и остановка двигателя
Остановка двигателя, как и его прогрев, является не-
установившимся режимом, при котором изменяются температу
ра деталей, охлаждающей воды и смазочного масла, зазоры в сопряжениях деталей и параметры рабочего процесса.
При выводе дизельной установки из действия необходимо
сначала плавно снизить обороты до малого хода и дать
двигателю поработать на этом режиме 5-8 мин, а затаи остановить его. Остановку быстроходных двигателей, имеющих реверсивные муфты, необходимо производить на холостом ходу при выключенной реверсивной муфте.
Внезапная остановка двигателя, работающего на полной или близкой к ней мощности, вызовет значительный нагрев деталей ЦПГ из-за прекращения циркуляции масла и воды.
Появятся высокие температурные напряжения вследствие неравномерного остывания деталей. Причем в первый период
после остановки дизеля напряжения будут максимальными,
так как именно в этот период скорость понижения темпера туры нагретых поверхностей будет наибольшей. Высокие тем пературные напряжения при резких остановках двигателя мо гут явиться причиной появления трещин в поршнях и крыш
ках цилиндров.
Кроме того, после резкой остановки температура наибо лее горячих поверхностей крышки, поршня и втулки начнет понижаться, а температура охлаждаемых при работе двигате
ля поверхностей при этом будет повышаться нз-sa прекраще ния охлаждения. Это вызовет закоксовывание мас-ьа в канав
ках поршневых колец, во внутренних полостях охлаждаемого
поршня я на рабочей поверхности втулки цилиндра.
233
Для уменьшения температурных напряжений, возникающих при резкой остановке горячего двигателя, и предотвращения
закоксовывания масла необходимо немедленно после останов
ки прокачивать его маслом в течение 4-5 мин с одновремен ным проворачиванием коленчатого вала валоповоротным устрой
ством.
Вопросы для повторения
1.Для чего необходим прогрев двигателя? Стр. 221.
2.Что называется периодом прогрева? Стр. 221.
3.Чем характеризуется режим прогрева? Стр. 221.
4.Какова величина температурных напряжений, возникаю
щих при прогреве? Стр. 223.
5.Каков характер нагрева деталей цилиндрово-поршне вой группы при прогреве? Стр. 224-226.
6.Назовите пути снижения температурных напряжений
при прогреве. Стр. 226.
7.В чем заключается причина изменения величины зазо
ра между поршнем и втулкой при прогреве? Стр.227-228.
8.Назовите возможные неисправности двигателя при прогреве. Стр. 221, 225, 227.
9.Что является основным показателем, определяющим
продолжительность прогрева? Стр. 227-228.
10.Каков характер изменения температуры масла и воды
при прогреве? Стр. 228.
11.При каком тепловом состоянии двигатель считается полностью прогретым и готовым к принятию полной нагруз ки? Стр. 22S.
12.Какими способами можно достигнуть сокращения вре
мени прогрева в экстренных случаях? Стр. 229-230.
234
Ли т е р а т у р а
1.Чернышев А.Н., Васильев-Южин Р.М. Корабельные дви гатели внутреннего сгорания (теория рабочих процессов
поршневого двигателя). Л., 1968.
2.Возницкий И.В. Техническая эксплуатация двигателей промысловых судов. М., 1969.
3.Ефимов Т.П. О возможностях сокращения времени
прогрева корабельного дизеля. Труды ВЕМИОЛУ им. Ф.Э.Дзер жинского. Сборник Л 24, Л., 1958.
4.Кумельский В.Т., Татаренков В.И., Буйнов Г.М.,
Алехин А.В., Молодцов Н.И. Эксплуатация двигателей внут
реннего сгорания подводных лодок. М., 1964.
Г л а в а УШ
ОХЛАЖДЕНИЕ КОРАБЕЛЬНЫХ ДВС
§ I. Особенности охлаждения дизеля
Охлаждение дизеля предназначено для поддержания тем
пературы его деталей на таком уровне, который определя
ется условиями смазки рабочих поверхностей деталей, жа
ропрочностью использованных материалов (головки цилиндра,
днища поршня и др.), оптимальными условиями протекания
рабочего процесса, наименьшими износом и разрушением де
талей от действия электрохимической коррозии и кавита ционной эрозии.
При отсутствии охлаждения температура работающего
дизеля возрастает до такого уровня, при котором в первую
очередь на стенках поршня и втулки цилиндра выгорает мас ло и работа дизеля становится невозможной (происходит
235
задир и заклинивание поршней во втулках цилиндров). Температура трущихся поверхностей деталей не должна
превышать предела, при котором масло еще сохраняет свои смазывающие свойства. Для поршня эта температура в зоне
верхнего поршневого кольца должна быть не выше 220-245°С,
для втулки - 180-190°С. Для уменьшения коррозионного из носа температура рабочей поверхности втулки цилиндра должна быть выше температур! точки росы водяных паров. Температура втулки цилиндра должна обеспечить ее наимень
ший износ.
Наибольшая температура для донышка поршня, головки цилиндров, клапанов и лопаток газовой турбины ограничива ется жаропрочностью и предельными напряжениями от дейст вия тепловой и механической нагрузок.
Охлаждение деталей дизеля и агрегатов производится
различными жидкостями. Для охлаждения головок, втулок цилиндров дизеля и турбокомпрессора используют пресную
или забортную воду, для поршней - масло или пресную воду,
для форсунок - топливо, для подшипников и других узлов трения - масло.
Количество тепла, отводимого ,с охлаждающей жидкостью
при работе дизеля на номинальном режиме зависит от ряда факторов: от типа и конструкции дизеля, степени форсиров
ки, поддерживаемого температурного режима охлаждения, из
менения внешних условий и др. (рис. 8.1).
Результаты испытаний двигателя 40Д, представленные
на рис. 8.2, показывают, что при работе по винтовой ха рактеристике абсолютное количество тепла, отводимого с
водой Q w ккал/ч и маслом Q M ккал/ч, с понижением числа
оборотов уменьшается, а удельный теплоотвод с^ккал/л.с.-
иккал/л.с.-ч возрастает. Количество тепла, отводимого
с выпускными газами Q r |
ккад/ч, и q,r ккал/л.с., при ра |
|
боте дизеля по винтовой |
характеристике |
с понижением числа |
оборотов уменьшается. |
|
|
Количество тепла, отводимого в воду |
Q w ккал/ч, может |
|
236
Рис. 8.1. Зависимость удельной теплоотдачи
в воду a w : а) от |
ge |
для 4-х тактных дизелей; |
б) |
от |
рк [I] |
быть определено при испытании дизеля из дяттыт тепловых
балансов или подсчитано по формуле
|
|
КОДЛ |
|
'^w('tvvi - 'tw1) =:&vv C’w |
ч (8.1) |
где |
a - относительная теплоотдача в воду на номи |
|
нальном режиме составляет: для малооборотных ДВС 20-35$; для многооборотных ДВС 15-20$;
(меньшие величины относятся к дизелям с наддувом);
деудельный расход топлива, кге/л. с. г;
Нцнизшая теплотворная способность топлива,
ккал/кге;
Neмощность, л.с.;
&w - количество воды, прокачиваемое через дизель, кге/ч;
237