где A N l- уменьшение индикаторной мощности за счет
ухудшения рабочего процесса в работающих ци линдрах.
Для оценки допустимой мощности можно воспользоваться
уравнением мощности двигателя в общем виде
N, |
БО |
-VuZmc Я. |
Ркц«Г |
‘е |
bUlifi |
h 'сх\10 |
r t KUi ПнЧ-Лм • |
Считая, что при п= const |
и а = const тепловое состояние |
и качество рабочего процесса двигателя остаются неизмен ными, можем положить г[.=const и r|_= const.Тогда допустимую
мощность для двигателя со свободным турбокомпрессором
можно найти из соотношения
Ne РкцЛи, eQЧИ
Рки.'Т'кц^ Ч м и для двигателя с подключенным турбокомпрессором из
отношения
|
|
|
К |
z-a |
и'м . |
|
|
|
Ne |
^ |
Ч м |
|
|
Обозначая |
|
n' Т |
(Z-ci) |
|
(для двигателя с СТК) |
|
|
|
----- = А |
|
7-а. |
|
РкцЧ’кц.Д |
|
|
или |
— :— |
А |
|
(для двигателя с НТК), |
получим |
|
|
Чм |
|
|
|
|
|
|
|
По аналогии можно записать |
|
|
|
|
|
n(= anv . |
|
|
Определим новое значение механического к. п. д. |
|
у' |
|
N; _ |
N(~ М мп |
, |
Ыип |
|
|
|
N[ |
N-, |
1 |
* |
где |
N'мп= Нтр-N |
Nк~Ят - мощность механических потерь по |
|
|
|
|
сле |
отключения цилиндров. |
|
Подставляя выражение для |
N'Mn |
в предыдущую формулу, |
получим |
|
|
|
|
|
|
, - н т, |
ANt |
AN-V |
AN;- b |
- |
-5'x+S ;-s; |
|
|
rNTP |
N нх . |
Wк |
h |
; |
|
|
|
|
|
с |
NTp |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AN-U |
A |
’ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nhx |
NhxC |
|
Shx |
|
|
N'hx |
|
|
С |
AN-, |
ANtNHX |
A |
^HX |
j |
^HX |
Nhx |
|
|
_ |
К. |
K K |
§x |
|
|
Nx |
|
|
<• |
AN-t |
AUtN K |
A |
|
, |
йк= |
Nx |
|
|
|
К |
|
|
sT |
|
|
|
|
|
n t n ; |
|
|
Nt |
|
|
|
|
|
&T -> |
|
|
|
|
|
ANt |
ANVNT |
A |
|
Nt |
|
С учетом последних выражений окончательно получим |
|
|
у|^= i |
|
|
$ h x & hx+<Sk A k -St At) |
(13.6) |
|
Рассмотрим методику оценки величин, входящих в форму |
лу |
(13.6). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Двигатель с СТК. Для двигателя с СТК cSK=5T и |
Д К= А Т. |
Следовательно, |
уравнение |
(13.6) упростится |
и примет |
вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ч м ~ ^ ~ |
(^тр-^нх^нх)- |
|
|
|
|
Кроме этого, без большой погрешности можно считать, |
что |
Д нх«{. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Однако возникает другая трудность. После отключения |
части цилиндров изменится режим работы свободного турбо компрессора, в результате чего Т ХЦ^ Т КЧ и р хцФ Рки, т. е.,иначе говоря, нельзя определить величину А. Поэтому
для нахождения |
и р хд необходимо использовать специаль |
ные расчетные методики [i]. |
|
|
|
|
Двигатель о НТК. В связи с тем, что по |
условию |
|
Пдь= const,можно считать /L « I и с большей |
погрешностью |
Д нх«-1 (для двухтактного дизеля бнх= 0 |
). Так как |
const |
то параметры газа перед турбиной после |
отклхнения |
а |
цилиндров изменяется из-за того, что выпускные газы, вы
ходящие из работающих цилиндров, будут смешиваться с воздухом, выходящим из отключенных цилиндров при темпе
ратуре, примерно соответствующей Т кц .
Определение параметров газа перед турбиной можно
произвести следующим образом. Из уравнения баланса тепла
запишем
(fr О* 4V"} ~ (Т г- Т К10 Л Фа. ,
откуда
т ; = т > ( т г- тко
(<Ж Ufa)'
После отключения цилиндров РкЧ=Р^и. и Т ^ = Т ки> ,
так как nAt=covis-t и nK= const , и Т Г'^ТГ.Последнее объясня ется тем, что в неотключенных цилиндрах действительный
коэффициент избытка воздуха останется без |
изменения, |
так как & т= const по условию,а &£= const |
из-за того, |
что pKU= const и Т кч= const. Следовательно, |
|
const |
|
а температура газов, выходящих из неотключенных цилинд ров, не будет отличаться от той, которая была до отклю
чения цилиндров. ; Отношение суммарного количества воздуха, поступающе
го в двигатель, к количеству топлива, подаваемому в дви гатель после отключения части цилиндров, возрастет:
Coap^cxq)-— ^ •
С учетом сказанного формула для подсчета Тр примет
вид
■ <в.7>
Для определения давления газа перед турбиной Рр ис
пользуем формулу расхода газа при истечении через отвер
стие:
&r~t/R47 |
’ |
откуда |
|
Рг & г I/ Тг ^ |
’________ |
где |
|
tr-e/l-(bf ИУг'4-($)'■
Так как, ркц^р^ц иТКц»Ткц,то &'г« & г. Следовательно,
после некоторых преобразований получим
Р'Л_ Т/ |
|
Рг'" |
|
|
р? |
Т Г |
1 - |
Рь |
|
|
р; |
или
Определив по формулам (13.7) и (13.8) температуру и
давление газа перед турбиной после отключения части ци линдров, можно подсчитать Д т ‘.
КгЧ'
После сокращения окончательно получим
Мчкг~■*1 |
|
Рй\ |
КГ |
|
р;/ |
J |
(13.9) |
|
г |
( - |
|
Г |
|
В практических условиях для предотвращения перегруз ки двигателя в случае отключения части цилиндров можно руководствоваться следующими рекомендациями:
1)если двигатель (с СТК или ПТК) оборудован тер мопарами для измерения температуры газа за каждым цилинд ром, то нагрузку на двигатель необходимо поддерживать на таком уровне, чтобы температура газов, выходящих из работающих цилиндров, не превышала величины, которая
была до отключения цилиндров или указана в инструкции по эксплуатации;
2)если двигатель оборудован термопарой для измере ния температуры газа только перед турбиной, то после от ключения части цилиндров допустимая мощность двигателя с ПТК определится по формуле
^П м
адля определения допустимой мощности двигателя с СТК
необходимо использовать специальные расчетные методики[I].
Б. Отключение цилиндров с демонтажем шатуна н поршня
Данный случай может иметь место при выходе из строя поршня или шатуна. Работа двигателя допускается только при исключительных обстоятельствах, кратковременно и ■тпттт. после выполнения следующих мероприятий' (только для цилиндра с поврежденными деталями):
-демонтажа поршня и шатуна;
-отключения подачи пускового воздуха и топлива;
-отключения привода впускных и выпускных клапанов
для четырехтактного двигателя или перекрытия продувочных
ивыпускных окон для двухтактного двигателя;
-перекрытия масляных каналов мотнлевой шейки
коленчатого вала.
Отключение подачи топлива с демонтажем шатуна и порш
ня помимо тех последствий,о которых говорилось в предыду
щем случае,дополнительно вызовет следующие ненормальности
вработе двигателя:
-ухудшится уравновешенность двигателя по силам инерции поступательно двгаущихся и вращающихся масс и их
моментам;
-появятся дополнительные силы, действующие на фундамент, вызывающие изменение периода движущей силы и усиливающие вибрацию;
-в большей мере увеличится степень неравномерности вращения коленчатого вала и вероятность появления опасных зон крутильных колебаний.
При работе двигателей с отключенным цилиндром и де монтированными шатуном и поршнем следует особенно тща
тельно контролировать нагрузку двигателя по ограничитель
ным показателям tr,pr ,pz и дымности выпуска. Одновре менно с этим необходимо следить за уровнем вибраций и
предупреждать появление опасных крутильных колебаний. В заключение следует отметить, что разработаны и
другие расчетные методы, позволяющие более точно опреде лить характер и пределы изменения показателей работы дви гателя при отключении одного или нескольких цилиндров.
Однако необходимо помнить, что проверка динамических ха
рактеристик двигателя обязательна во всех случаях.
2.Выход из строя и отключение агрегата наддува
Практика эксплуатации ДВС знает много случаев повреж
дений узлов турбокомпрессорной группы. Причинами могут быть:
-повреждение рабочих колес;
-повреждение соплового аппарата или диффузора;
-выход из строя подшипников;
-неисправности лабиринтовых уплотнений;
- выход из строя элементов, кинематического приво
да (шестерней, торсионных валиков и т.д.).
Однако часто обстоятельства могут вынудить к ис пользованию двигателей с откляченными турбинами и ком
прессорами .
Способы отключения могут быть самыми различными. Выбор того или иного способа отключения диктуется конст
руктивными особенностями двигателя и характером неисправ ностей. В отдельных же случаях отключение турбокомпрес
сора просто невозможно.
В двухтактном дизеле с подключенным турбокомпрессо
ром выход из строя компрессорной части агрегата делает двигатель неработоспособным, так как исключается продув
ка цилиндров. При выходе из строя только турбины даль
нейшая эксплуатация двухтактного двигателя при сниженных параметрах в принципе осуществима. Однако, как правило,
кинематический привод рассчитывается на передачу только
небаланса мощности, возникающего в турбокомпрессоре.
Передача же полного крутящего момента, необходимого для вращения колеса компрессора, может оказаться невозможной
из-за недостаточной прочности элементов привода.
Аналогичная причина может также явиться препятствием к использованию четырехтактного дизеля с отключением только турбины.
Выход из строя приводного компрессора второй ступени двигателя с двухступенчатым наддувом делает его дальней шую эксплуатацию невозможной, так как турбокомпрессор первой ступени в большинстве случаев не обеспечивает
требуемого соотношения давлений -^ц перед и за цилинд
рами, которое необходимо для осуществления нормального
газообмена. Даже если нужный перепад давлений за счет
одного свободного турбокомпрессора и может быть получен, то только на номинальной мощности.Со снижением нагрузки и
числа оборотов,а это при отключении приводного компрессора второй ступени неизбежно, произойдет перераспределение
344
давлений в сторону уменьшения отношения |
и газообмен |
прекратится. |
г |
Отключение свободных турбокомпрессоров двухтактных
двигателей с двухступенчатым наддувом не является столь
серьезным препятствием к их дальнейшей эксплуатации при
сниженных параметрах, так как компрессор второй ступени обеспечивает продувку.
Выход из строя свободного или кинематически связан
ного с валом турбокомпрессора четырехтактных двигателей тем более не исключает возможности эксплуатации двигате
лей со сниженными нагрузкой и числом оборотов.
Отключение турбокомпрессоров может быть осуществлено либо путем стопорения роторов, либо путем удаления рото
ров с одновременным выемом соплового аппарата турбины.
Последний способ имеет неоспоримое преимущество, так как существенно уменьшаются гидравлические потери в трактах
возлухоснабжения и газовыпуска. С одной стороны это
уменьшает отрицательную работу насосных ходов в четырех тактных двигателях, с другой - приводит к увеличению
давления воздуха перед цилиндрами, улучшению условий газообмена и к возрастанию циклового заряда воздуха.
Но при этом необходимо выполнить следующие мероприятия:
-установить перегородку между газовой и воздушной полостями;
-открыть доступ воздуха в наддувочный коллектор
помимо нагнетателя; - демонтировать холодильник воздуха (для уменьшения
разрежения воздуха перед цилиндрами четырехтактных дизелей или перед компрессором второй ступени в двухтактных дви
гателях с двухступенчатым наддувом).
Отключение турбокомпрессора может привести к следую
щим последствиям.
I. Выход из строя турбокомпрессора превращает четырех
тактный двигатель с наддувом в двигатель без наддува.
В двухтактных двигателях с двухступенчатым наддувом при
отключении свободного турбокомпрессора произойдет умень
шение давления воздуха на входе в компрессор второй сту
пени.
2. В четырехтактном двигателе в случае перекрытия
клапанов и выполнения условия 0 > р г имеет место продув
ка камеры сжатия. С отключением турбокомпрессора давление газа за цилиндрами неизбежно станет больше давления на
впуске, продувка прекратится, а коэффициент продувки Ц>а
станет равным единице.
В двухтактном двигателе работающий компрессор второй
ступени продолжает создавать избыточное давление перед цилиндрами, но при этом от коленчатого вала отбирается значительно большая мощность, так как растет ЗСК;п..
3. После удаления ротора и соплового аппарата турби
ны давление и температура газа рг и Т г снизятся до р г и
Та т. е. до давления и температуры газа за турбиной.
Всвою очередь, давление и температура газа за корпусом
турбины (в газоотводе) после отключения турбокомпрессора
не останутся неизменными.
4.После удаления ротора турбокомпрессора и соплово
го аппарата турбины, несмотря на постоянство мощности и числа оборотов, механический к. п. д. двигателя изменится вследствие:
-изменения величины, а в отдельных случаях и знака,
работы насосных ходов четырехтактРпХ двигателей; - равенства нулю мощности, потребляемой компрессо
ром, и мощности, развиваемой турбиной в четырехтактных двигателях с подключенными к валу компрессором и турби ной;
- изменения мощности, потребляемой приводным ком
прессором двухтактного двигателя с двухступенчатым над дувом.
Следовательно, дальнейшая эксплуатация двигателя с
отключенным турбокомпрессором может осуществляться толь
ко при сниженных нагрузках. 346
При этом мощность должна быть снижена до такой величи
ны, при которой тепловая напряженность двигателя не пре вышала бы допустимого предела.
В первом приближении максимально допустимую мощность
двигателя после отключения агрегатов наддува можно опре
делить, используя уравнение мощности в общем виде.
. При условии, |
что пд6= const и |
оо=const,можем считать, |
что r^conet |
и |
гц= const .Тогда, |
обозначая все величины, |
характеризующие работу двигателя |
после отключения агре |
гатов наддува,штрихами, можем записать |
, |
60 |
Hu iViO1* |
К = |
65 2 3 ^ 2 пАЬКоГСГ0 RT 0 Ч А Ч м |
N e |
60 |
H u р ^ ю * |
|
6Ъ£,?Л7 паько^ 0Нгт^; НнПиПм |
Т 0- Т кц, и p 0= p KUi.
После сокращения получим
КРоТ*ч Пм
РкцТо Н м
откуда
М'_=nJEsЛдь-Лй. ,
е е РкцТо Пм ’
где
ч* |
N. |
Ni. |
Ммп 1 |
Ммп_ I |
^тр |
N: |
ч |
1 |
' *1 |
Ml |
— 1 ^МП_=1-
здесь
Чм 1 м? Ml
-£оЛк=А^. ■ |
N' |
НК |
•РкиТ0 |
’ |
|
Так как nA6=rnist,TO N/Tp= N Tp.
Если обозначить |
— ^ = Д и„ и заменить все отношения |
|
N |
HK |
НК мощностей относительными величинами, то можно записать:
