книги из ГПНТБ / Королев Н.И. Эксплуатация судовых дизелей

(например, на установках с винтами регулируемого шага, при

так называемые обобщенные характеристики, которые позволяют определить эксплуатационные режимы длительной работы ди­ зеля.

Зона возможных эксплуатационных мощностей главных судо­ вых дизелей, работающих на винт, лежит между внешней харак­ теристикой 2 наибольших эксплуатационных мощностей и вин­ товой характеристикой 5.

Характеристикой главных и вспомогательных дизелей, рабо­ тающих при постоянной частоте вращения, является прямая аб номинальной мощности.

Ограничительная минимальная частота вращения, обеспечи­ вающая устойчивую работу дизеля, составляет 0,3—0,25 номи­ нальной. Минимальная нагрузка вспомогательных дизелей, рабо­ тающих при постоянной частоте вращения, равна 0,2-—0,25 номи­ нальной.

Таким образом, область мощностей, рекомендуемых для длительной эксплуатации как главных, так и вспомогательных судовых дизелей, ограничивается: сверху — характеристикой но­ минальных мощностей 3, справа — номинальной частотой враще­ ния (прямая аб), снизу — минимальными мощностями, рекомен­ дуемыми для длительной работы (прямая б<3), и слева — частотой вращения, соответствующей минимальной эксплуатационной мощ­ ности (прямая гж). Эта область на рис. 120 показана заштрихо­ ванными площадками: авгеа — для главных дизелей,-.работающих на гребной винт; абвдеа■—для дизелей, работающих при посто­ янной частоте вращения.

Общую мощность судовых дизелей, работающих при широком диапазоне нагрузок, изменяют качественным регулированием. При этом степень наполнения цилиндра свежим зарядом на всех ви­ дах нагрузки остается постоянной, а изменяется качественный состав смеси, т. е. соотношение между топливом и воздухом. Достоинство такого вида регулирования заключается в том, что степень сжатия в цилиндрах дизеля, в зависимости от его нагруз­ ки, почти не изменяется и мало изменяется экономичность работы дизеля.

Судовой дизель обычно работает на гребной винт или элект­ рогенератор, питающий током гребные моторы или электромоторы вспомогательных механизмов.

При работе на гребной винт регулирование мощности сопро­ вождается в основном изменением частоты вращения дизеля.

Дизели, приводящие в действие электрогенераторы, работают при постоянной частоте вращения. Мощность таких дизелей уменьшается или увеличивается только за счет изменения сред­ него индикаторного или эффективного давления. В обоих случаях основными факторами, характеризующими нагрузку дизеля, яв­

£38

ляются индикаторная (эффективная) мощность, среднее индика­

мального работа дизеля будет сопровождаться повышенным удельным расходом топлива, более высокой температурой отрабо­ тавших газов, увеличением тепловой нагрузки, ухудшением усло­ вий смазки и т. д.

В связи с этим при непосредственной работе дизеля на греб­ ной винт имеются большие мощностные резервы, которые невоз­ можно использовать в эксплуатации. Из рис. 120 видно, что существует только один нормальный режим — в точке а (пересе­ чение винтовой характеристики с внешней характеристикой номи­ нальной нагрузки). На всех остальных режимах будет значи­ тельная недогрузка дизеля, что отрицательно сказывается на экономических показателях работы силовой установки.

Из формулы для определения мощности, а также из обобщен­ ных характеристик видно, что перегрузка дизеля может наступить даже при нормальной мощности: при повышенной частоте вра­ щения и нормальном среднем индикаторном давлении или же при нормальной частоте вращения и повышенном p-t .

Первый случай возможен, когда произойдет уменьшение сопро­ тивления воды движению судна (малая осадка, попутный ветер или течение, малый шаг винта и т. д.). В результате при нор­ мальном среднем индикаторном давлении дизель развивает повы­ шенную частоту вращения, и напряжения в деталях от действую­ щих в них механических нагрузок могут превысить предельно допустимые.

Второй случай перегрузки встречается при сильном обраста­ нии подводной части корпуса судна, погнутости лопастей винта или большом его шаге, встречном ветре, буксировке другого судна, а также при значительных сопротивлениях в выпускном тракте вследствие большого отложения в нем сажи и масляных остатков. Для получения номинальной мощности и частоты вра­ щения в этом случае приходится значительно увеличивать среднее индикаторное давление за счет чрезмерной подачи топлива. Что­ бы не допустить значительной тепловой нагрузки и теплового напряжения в деталях дизеля при указанных условиях, следует установить ручной привод на номинальную подачу топлива и не доводить частоту вращения до полной.

Превышение номинальных мощностей частоты вращения дизе­

вышающей номинальную не более чем на 3%.

Среднее индикаторное давление не должно превосходить номи­ нальной величины, указанной в заводской инструкции. Ограниче­ ние по среднему индикаторному давлению вводится в связи с

239

тем, что работа дизеля на режимах с повышенным сопротивле­ нием движению судна сопровождается увеличением его тепловой напряженности. Аналогично не допускается работа дизеля и на повышенном среднем эффективном давлении.

Ниже приведены пределы значений средних индикаторных давлений различных дизелей (в кгс/см2) :

Индикаторную мощность одного цилиндра дизеля в общем виде определяют по формуле

N i—kn.pl л. с.,

где k — постоянный коэффициент, зависящий от размеров ци­ линдра;

п — частота вращения коленчатого вала, об/мин; Рі— среднее индикаторное давление, кгс/см2.

Постоянный коэффициент k цилиндра дизеля простого дейст­ вия равен:

ней полостей цилиндра, кгс/см2.

Для дизелей с расходящимися поршнями индикаторную мощ­ ность одного цилиндра определяют по выражению

где рі , Рі" —■средние индикаторные давления, отнесенные к верхнему и нижнему поршням, кгс/см2;

Sb, S„ — ход верхнего и нижнего поршней, м.

240

Определение среднего индикаторного давления рассмотрено в § 35.

Мощность всего дизеля равна сумме 'мощностей его цилинд­

Ниже приведены значения механического к. п. д. при номи­ нальной мощности (см. также приложение 1) для дизелей:

При наличии на судне торсиометра мощность, развиваемую

241

Нагрузку дизеля, приводящего в действие электрогенератор, определяют по напряжению и силе тока на его зажимах, показы­ ваемым электроприборами.

Эффективную мощность дизель-генератора находят по форму­ лам:

для постоянного тока

При выборе к. п. д. генератора т)г следует пользоваться сущест­ вующими нормами или данными завода-строителя. Для судовых генераторов при номинальной мощности т)г =0,87-1-0,93. К. п. д. передачи при непосредственном соединении двигателя с генерато­

При отсутствии индикаторных приводов и торсиометров мощ­ ность дизеля можно определить косвенными методами (при на­ личии графиков нагрузочных характеристик, снятых при стендо­ вых или ходовых испытаниях на различных скоростных режи­ мах) .

Косвенные методы определения мощности для практических целей достаточно точны, если соблюдены следующие условия:

в цилиндры дизеля. Для подсчета мощности по этому методу используют данные стендовых испытаний о расходе топлива, час­ тоте вращения, среднем индикаторном или эффективном давле­ нии и построенную графическую зависимость индикаторного (эф­ фективного) давления от цикловой подачи топлива.

242

Порядок определения мощности следующий: при скоростном режиме испытаний замеряют часовой расход топлива Вч . Одно­ временно определяют частоту вращения дизеля. По полученным

графику нагрузочных характеристик определяют среднее инди­ каторное (пли эффективное) давление, а затем мощность дизеля.

При анализе работы дизеля нередко применяют ре и Ne вместо Рі и Nt даже для мощных малооборотных дизелей, что нельзя признать правильным. Дело в том, что непосредственное определение р е (/Vе ) на судне затруднено и для его нахожде­ ния приходится принимать ориентировочные значения механиче­ ского к. п.д. А это вносит элемент субъективизма при определе­ нии результатов работы дизеля. Поэтому применение р е и N с целесообразно для вспомогательных дизелей, не имеющих инди­ каторных приводов. Для главных судовых дизелей, у которых в большинстве случаев можно замерить среднее индикаторное дав­ ление, предпочтение следует отдать pt и N t .

При нормальной работе топливной аппаратуры увеличение нагрузки дизеля сопровождается равномерным повышением тем­ пературы отработавших газов, поэтому косвенным показателем нагрузки может служить температура отработавших газов, кото­ рая не должна быть выше установленной для данного дизеля.

Температура отработавших газов при полной нагрузке у дизе­ лей, как правило, не превышает 450°С. Более высокая температу­ ра свидетельствует о перегрузке дизеля.

В дизелях с газотурбинным наддувом температура отработав­ ших газов может достигать 460—490°С у отдельных цилиндров и 520—560°С перед газовой турбиной. Причины повышения темпе­ ратуры отработавших газов (следовательно, и к тепловой на­ грузке дизеля), а также пути снижения ее были рассмотрены в

§ 38.

Равномерное распределение мощности дизеля по цилиндрам — один из главных моментов, определяющих его надежную и эко­ номичную работу. Согласно «Правилам технической эксплуата­ ции судовых дизелей» мощность отдельных цилиндров не долж­ на отличаться более чем на ±2,5% от средней мощности для всех цилиндров. Это условие объясняется тем, что перегрузка отдельных цилиндров сопровождается повышением в них темпе­ ратуры, появлением стуков в кривошипно-шатунном механизме, дымным выпуском и снижением экономичности. Увеличение теп­ лового напряжения может вызвать задир поршней и цилиндро­ вых втулок. Поэтому дизель в процессе эксплуатации должен быть отрегулирован на равномерность нагрузки по цилиндрам. Это проверяют на режиме мощности дизеля, близкой к полной.

Равномерность распределения нагрузки у дизелей с индика­ торными приводами и кранами контролируют прежде всего срав­ нением индикаторной мощности (определяют по индикаторным

243

мощности 85—90% номинальной не является пределом. На мно­ гих судах коэффициент использования номинальных (построеч­ ных) мощностей главных дизелей достигает 95—98%. При-этом дизели эксплуатируются без всякой механической и тепловой пе­

ной, достигается поддержанием дизелей, корпуса судна и винто­ рулевого комплекса в хорошем техническом состоянии, безуко­

§ 40. ПРОВЕРКА ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ДИЗЕЛЕЙ

Контроль качества регулирования и технического состояния дизеля в судовых условиях можно осуществлять путем опреде­ ления его экономических показателей и сравнения их с данными

•стендовых испытаний.

Для оценки экономичности дизеля в целом служит эффектив­ ный к. п. д. т|е, равный отношению полезно использованного тепла Qe к теплу, выделяемому топливом QT, т. е.

Из теории двигателей внутреннего сгорания известно и дру­ гое выражение для определения эффективного к. п.д.:

\ = гіЛ„

где г\і и г)м— индикаторный и механический к. п. д.

Следовательно, экономичность дизеля зависит от совершен­ ства теплового процесса, оцениваемого индикаторным к.п.д. tj,, и от механических качеств дизеля г)м.

Индикаторный к. п.д.:

632,3

Ѣ =

Чі<%

где q L ■— удельный индикаторный расход топлива кг/и.л.с.-ч.

245

Формулы для определения т^,- и \\е показывают, что основ­ ным критерием экономичности дизелей являются удельные рас­ ходы топлива q: и q e и механический к.п.д.

Удельные расходы топлива в судовых условиях находят из

и. л. с. и э. л. с.

Часовой расход топлива при методе объемного замера опре­ деляют по формуле

где G — вес израсходованного во время замера топлива, кг. Чтобы исключить влияние температурных условий в системах,

обслуживающих дизель (топливной, масляной, охлаждения) за­ мерять мощность и расход топлива необходимо при установив­ шемся тепловом режиме, не допуская изменения температур охлаждающей воды, масла и топлива. Необходимо также, чтобы испытания проводились при движении судна на одном курсе и состояния моря и ветра не более 2—3 баллов.

Значения удельных расходов топлива при номинальной за­

246

Экономические показатели проверяют по нагрузочным харак­ теристикам, составленным заводом-строителем или теплотехни­ ческой партией пароходства. Если окажется, что удельный рас­ ход топлива значительно выше паспортного, следует тщательно проанализировать работу дизеля и найти причину. При этом необходимо иметь в виду, что, кроме технического состояния ди­ зеля и его регулирования, на величину и характер изменения индикаторного к. п. д. влияет коэффициент избытка воздуха а. Причем характер относительного изменения индикаторного к.п. д. для большинства дизелей оказывается практически одинаковым при одинаковой степени изменения коэффициента избытка воз­ духа. Например, установлено, что индикаторный к. п.д. увеличи­ вается с ростом коэффициента избытка воздуха; однако при уве­ личении величины а в 1,5—2 раза по сравнению с номинальным значением рост г|г практически прекращается. А при чрезмерном увеличении а (что возможно при малых нагрузках дизеля) инди­ каторный к. п. д. может даже несколько понизиться, так как увеличиваются потери тепла с охлаждающей водой и отработав­ шими газами (при уменьшении абсолютной величины этих по­ терь) .

К гораздо худшим результатам приводит работа дизеля при пониженном коэффициенте избытка воздуха. Недостаток возду­ ха приводит к неполному сгоранию топлива, закоксованию порш­ ней и колец, повышению температуры отработавших газов, резкому увеличению удельного расхода топлива. Обычно сниже­ ние коэффициента избытка воздуха вызывается падением давле­ ния продувочного (наддувочного) воздуха и повышением его тем­ пературы в результате, например, неисправности продувочного (наддувочного) агрегата.

Недостаток воздуха в отдельных цилиндрах может наблю­ даться при закоксовании окон или при поломке поршневых уплот­ нительных колец. В этом случае в цилиндре понижается среднее индикаторное давление, а выпускные газы имеют высокую тем­ пературу.

Коэффициент избытка воздуха определяют путем анализа газов. Более грубый контроль возможен по цвету дыма: недоста­ ток воздуха характеризуется появлением темной окраски отра­ ботавших газов и' повышением их температуры.

По опытным данным коэффициент избытка воздуха при но­ минальной нагрузке'равен: для малооборотных дизелей— 1,8—2; высокооборотных— 1,3—1,7; дизелей с наддувом — 2—2,3; с раз­ дельной камерой сгорания — 1,3—1,6.

Величину а в четырехтактных дизелях можно определить не­ посредственно из анализа выпускных газов, в двухтактных дизе­ лях пробу газов необходимо отбирать за время так называе­ мого «свободного» выпуска.

Повышение температуры продувочного (наддувочного) возду­ ха на каждые 10°С влечет за собой снижение экономичности и мощности дизеля приблизительно на 1 —1,5%.

247