книги из ГПНТБ / Эксплуатация корабельных двигателей внутреннего сгорания лекции

§ 3. Классификация режимов работы и градация мощностей корабельных ДВС

Режимом работы двигателя называется такое его рабочее состояние, которое характеризуется нагрузкой, числом оборотов, внешними условиями, тепловым состоянием, а также характером их изменения.

Иногда под понятием "режим работы" понимаются наибо­ лее характерные и типичные случаи работы двигателя, свя­ занные с условиями плавания и маневрирования корабля, например, "швартовный режим", "режим винт-зарядка" и другие.

Тепловое состояние дизеля определяется температурами деталей и косвенно оценивается температурами выпускных газов, смазочного масла и охлаждающей воды. В зависимости от изменения нагрузки, числа оборотов и теплового состоя­ ния двигателя режимы работы разделяются на установившиеся и неустановившиеся.

Установившимися режимами работы двигателя называют такие режимы, при которых все определяющие параметры, внешние условия и тепловое состояние остаются постоянными. Такие режимы работы двигателя, как малый, средний и пол­ ный ход, если они длительны по времени , то могут счи­ таться установившимися.

Неустановившимися режимами работы двигателя называют такие режимы, которые характеризуются изменением нагруз­ ки, числа оборотов и теплового состояния по времени.

Такие режимы, как пуск, прогрев, разгон, торможение или реверсирование, работа в штормовых условиях относятся к неустановившимся.

Применительно к быстроходным корабельным дизелям принята следующая градация мощностей при работе по вин­ товой характеристике.

Номинальная мощность Ы ен - расчетная или полная мощность, на которой разрешается длительная непрерывная

20

работа дизеля. Применительно к быстроходным дизелям сум­ марное время работы на этой мощности не должно превышать 10-30% установленного ресурса. Номинальная мощность при­ нимается за 100%. Номинальной мощности соответствуют но­ минальные обороты п н , номинальный крутящий момент M e„-

Максимальная мощность Ыета— предельно допустимая мощность, составляющая обычно IIQ-II5% номинальной мощ­ ности. На максимальной мощности для отдельных двигателей допускается непрерывная работа в течение ограниченного времени. Для быстроходных корабельных дизелей это время устанавливается в пределах одного часа при условии, что общая продолжительность работы дизеля на этой мощности не будет превышать 5-10% от установленного ресурса до очеред­ ного ремонта. Максимальной мощности дизеля соответствуют максимальные обороты п т и *.

работа без ограничений по времени и по ресурсу. Обычно эксплуатационная мощность составляет 80-90% от Ы ен.

Минимальная эксплуатационная мощность М 0 — наимень-

------------------------------------- cmin»KCiu

шая мощность дизеля, на которой разрешается длительная непрерывная работа без каких-либо ограничений. Минималь­ ная эксплуатационная мощность определяет наименьшую дли­ тельную скорость корабля.

Мощность на минимально устойчивом числе оборотов N6m. ^ наименьшая мощность, на которой обеспечивается устойчи­ вая работа дизеля и возможность маневрирования корабля в течение ограниченного времени.

Данная градация мощностей является условной. Для некоторых двигателей она устанавливается не в полном объеме. Например, часто.для дизелей не устанавливается максимальная мощность и наибольшей является номинальная мощность. Градация мощностей корабельного дизеля по винтовой характеристике приведена на рис. 2.4.

21

Kt,m> «.з>

где G> - часовой расход топлива;

Н^- низшая расчетная теплотворная способность топ­ лива;

Т), - эффективный к. п. д.; 860;632,3- тепловой эквивалент киловатта и лошадиной

силы соответственно.

Мощность, которую может развивать дизель, определяется

Z- число цилиндров;

к- коэффициент тактности, то можно сказать, чтс мощность дизеля определяется цикловой подачей топлива, эффективным к. п. д. и числом оборотов. Мощность любого дизеля ограничена, во-первых, предельно допустимой (цик­ ловой) порцией топлива, при которой сохраняется необхо­ димый коэффициент избытка воздуха и умеренная температура деталей цилиндрово-поршневой группы; во-вторых, числом оборотов, увеличение которого ограничено механическими напряжениями в деталях и удельными давлениями в подшип­ никах от сил инерции поступательно движущихся и вращаю­ щихся масс.

Максимальная мощность, которую может развивать ди­ зель, определяется расположением его внешней характери­ стики. Наибольшая мощность, которую может развивать дизель длительное время, определяется ограничительной характеристикой. Это располагаемые мощности дизеля.

На рис. 2.1 и 2.2 показаны внешняя и ограничительная характеристики.

Располагаемая мощность дизеля гарантируется в течение

23

определенного времени работы, которое характеризует его ресурс до очередного заводского ремонта или до окончания срока службы. С течением времени из-за износа и нарушения регулировки дизеля эта величина может несколько снизить­

ся.

Потребная мощность двигателей для обеспечения задан­ ной скорости хода корабля определяется: зависимостью буксировочной или эффективной мощности от скорости ко­ рабля, неизбежными потерями при передаче мощности на гребной винт и к. п. д. винта.Агрегатная мощность дви­ гателя, находящегося в составе энергетической установки, для проектной скорости корабля определяется выражением

XI - к. п. д. винта;

- к. п. д. передачи от двигателя на винт; 2 ™- количество гребных винтов;

К, - количество двигателей, работающих на один винт.

Потребная мощность двигателей для обеспечения за­ данной скорости хода корабля с течением времени эксплуа­ тации, как правило, увеличивается. Увеличение потребной мощности определяется следующими факторами:

-увеличением сопротивления корпуса корабля в результате обрастания подводной части и увеличением шероховатости поверхности;

-уменьшением к. п. д. гребного винта из-за увеличения шероховатости лопастей и нарушения геометрии винтов;

-уменьшением к. п. д. передачи вследствие наруше­

ния центровки и износа отдельных элементов передачи; - увеличением водоизмещения корабля вследствие

проведения модернизационных работ и увеличения количест­ ва запасов.

24

Таким образом, в процессе эксплуатации корабля рас­ полагаемая мощность механической установки уменьшается, а потребная - возрастает. Если при проектировании не было предусмотрено резерва мощности, то по истечении некоторого времени корабль не сможет развить полного хода, а двигатели - номинальных оборотов и будут рабо­ тать по внешней характеристике в области перегрузочных режимов.

Для поддержания мощности дизеля в пределах проектных данных необходимо регулярно выполнять установленные пла­ ново-предупредительные осмотры и ремонты. Для сохранения потребной мощности установки необходимо периодически производить докование корабля для очистки и окраски под­ водной части корпуса, очистки и проверки геометрии греб­ ных винтов, ремонта и центровки линии вала.

2. Экономичность двигателя

Для корабельной энергетической установки различают экономичность двигателя и экономичность энергетической установки. Экономичность энергетической установки опре­ деляется удельным расходом топлива на пройденную милю:

где &т^- расход топлива на установку в час; V - скорость корабля в узлах.

Экономичность двигателя оценивается удельным расходом топлива на единицу мощности:

25

вспомогательные механизмы и вспомогательный котел.

Одной из особенностей дизелей является малая зависи­ мость экономичности от нагрузки в пределах рабочего диа­ пазона нагрузок и оборотов по винтовой характеристике по сравнению с другими типами тепловых двигателей. Удельный эффективный расход топлива является главным показателем экономичности двигателя, так как общая экономичность складывается из расходов на обслуживающий персонал, а также на топливо, масло, запасные части, расходные ма­ териалы и ремонт. В процессе эксплуатации дизеля в тече­ ние гарантийного срока удельный эффективный расход топлива увеличивается. Это увеличение может достигать 10-15$ от первоначального значения. Причины ухудшения экономичности дизеля вызываются износом деталей дизеля, ухудшением воздухоснабжения, нарушением работы топливной аппаратуры и другими факторами.

§ 5. Надежность дизеля

Надежность двигателя или его способность обеспечи­ вать нормальную, бесперебойную работу в течение установ­ ленного срока службы является важнейшим эксплуатационным свойством.

Надежностью называется способность двигателя безот­ казно работать в течение установленного ресурса на всех эксплуатационных режимах в соответствии с особенностями энергетической установки при сохранении основных эксплуа­ тационных показателей в допустимых пределах.

Понятие надежности тесно связано с понятием отказа (неисправности) и с ресурсом дизеля до очередного ре­ монта или до окончания срока службы. Под отказом понима­ ется частичная или полная утрата двигателем работоспо­ собности. Отказы быввют постепенные и внезапные. Посте­ пенные отказы развиваются в результате износа или в ре­

26

Надежность характеризуют следующие показатели. Среднее время безотказной работы Т ^ ср)7 которое

определяется выражением l=N

Вероятность безотказной работы p(t) - это вероят­ ность того, что в данном интервале времени At в работе

.двигателя не будет отказов. Вероятность безотказной работы определяется с помощью следующего приближенного выражения

где N - суммарное количество двигателей, находящихся

вэксплуатации в начале отсчета времени; Nqсреднее количество двигателей, отказавших

винтервале времени At ■,

t - время, для которого определяется показатель надежности.

Вероятность безотказной работы оценивает как на­ дежность двигателя в целом, так и надежность его отдель­ ных элементов. На рис. 2.5 показано изменение надежности двигателя и его элементов (1-5) по времени. На основа­ нии теоремы умножения вероятностей вероятность безотказ­ ной работы двигателя равна произведению вероятностей безотказной работы его элементов

P(t)=Pt(t)-P2(t) -- •-Pn(t) . (2.10)

Интенсивность отказов ^(t4) — есть отношение числа отказавших двигателей в единицу времени к среднему числу двигателей, продолжающих работать безотказно в данном интервале времени.

28

Рис. 2.5. Изменение вероятности безотказной

работы двигателя и его узлов по

времени

мени.

Изменение интенсивности отказов в зависимости от времени работы двигателей можно выразить графически. Такой график дан на рис. 2.6. На рисунке участок I ха­ рактеризует начальный период эксплуатации двигателей. Участок П характеризует период основного времени рабо­ ты двигателя (область стабильной надежности).

Участок Ш характери­ зует период работы,

предшествующий ремонту двигателя.

29