книги из ГПНТБ / Соловьев Б.И. Теплотехнические испытания и эксплуатация судовых дизелей

Общие сведения. К а ж д ы й тип

двигателя

т а к

рассчитывается

в

тепловом и конструктивном отношениях, что будет

работать

с

номинальной ' мощностью и экономичностью

только при парамет ­

рах рабочего процесса, близких

к идеальным,

взятым

за основу

при его проектировании.

вокупности

могут п р и б л и ж а т ь

или отодвигать

его от

идеального.

Знание этих факторов

и их

влияния

на

работу, мощность и эко­

номичность

двигателя

способствует

обоснованному

. подходу

к

выбору

оптимального

р е ж и м а

работы

и

регулирования

двигате­

ля, технически

грамотной

и экономичной

его

эксплуатации .

К таким

основным

ф а к т о р а м

м о ж н о

отнести: техническое

со­

стояние двигателя и -прежде всего цилиндро-поршневой

группы,

топливной

аппаратуры

и воздуходувок;

угол

опережения

подачи

топлива;

закон

подачи

топлива;

моменты газораспределения

и

воздуха и противодавление т а з о в

на

выпуске;

гидрометеорологи­

ческие условия; температурный

р е ж и м о х л а ж д е н и я и . '

смазки

двигателя, а т а к ж е качество

воды .и

масла; сорт и качество при­

меняемого топлива; равномерность подачи топлива по

цилинд-

рамт" давление

впрыскивания

топлива

и качество его распылива -

ния; состояние

корпуса и винта;

соответствие

д в и г а т е л я

корпус-

но-винтовому

комплексу.

тивного

состояния- и рекомендованных

инструкциями

по

экс­

плуатации тепловых, параметров работы .

Н и ж е

рассматривается, к а к эксплуатационные факторы

влия­

ют на работу двигателя .

Процессы сгорания й расширения.

Д л я а н а л и з а

процессов

сгорания

и расширения пользуются развернутой

индикаторной

д и а г р а м м о й изменения давления в цилиндре двигателя

в

зависи­

мости от угла поворота коленчатого вала p=f(y).

Условно

весь

процесс

сгорания

и

расширения

делят

на

четыре

периода

(рис.

10).

Первый

период

(I)

охватывает

время

от

момента

фактической

подачи

Ь)

топлива

в

цилиндр

Р

(точка

до

момента

н а ч а л а

воспламенения

топлива

(точ­

ка

с).

В

точке

с происходит

резкое

нарастание

давления,

линия

сгорания (су)

отрывает ­

ся

от линии

с ж а т и я

(cd).

Первый

период

называют

периодом

з а д е р ж к и

самовос­

пламенения

и

обозначают

т г .

В

течение этого

периода

про­

исходит подача около 30—40%

топлива в цилиндр, смесеобра­

зование и физико-химические

процессы

подготовки

топлива

к самовоспламенению . Продол ­

Bum

Ч^пкА

жительность

его

соответствует

Рис.

10.

Периоды

процесса сгорания

5—20°

п. к. в.

Первый

период

оказывает

ные процессы сгорания. Период vt

большое влияние на все осталь-

зависит

от

многих

факторов:

конструкции к а м е р ы сгорания, типа

продувки, конструкции

и

спо­

период, тем

более

интенсивно

происходит

процесс

сгорания

и

нарастания давления во второй период, тем более

«жестко»

ра­

ботает двигатель . П о этой причине стремятся к сокращению

перио­

да

з а д е р ж к и самовоспламенения .

Второй

период

(II)

с—у

соответствует

резкому

н а р а с т а н и ю

давления,

он

начинается

от н а ч а л а самовоспламенения (точка

с)

и

з а к а н ч и в а е т с я с

окончанием

резкого н а р а с т а н и я д а в л е н и я

(точ­

ка

у). Процесс этого периода

происходит почти возле

в. м. т., про­

зительно соответствует максимальному давлению сгорания

рг.

В этот период продолжается интенсивная подача топлива,

но в

Второй

период оценивается

степенью

повышения давления

Хг,

средней

и

максимальной

скоростью

н а р а с т а н и я

д а в л е н и я

газов.

Степенью

повышения давления %z называется отношение

мак-

симального д а в л е н и я сгорания газов в цилиндре р г

к

д а в л е н и ю

газов в цилиндре в момент н а ч а л а видимого сгорания

рс

, т. е.

.Максимальная

скорость

нарастания

давления

определяется

графически

на

индикаторной

д и а г р а м м е

по тангенсу

максималь ­

ного

угла

наклона

касательной

(к

кривой

давления

второго пе­

риода) К ОСИ абСЦИСС

(СМ. рИС. 10),

Т. е. (dp/dtp)M aKC=tg Рмакс-

Средняя скорость нарастания д а в л е н и я

характеризует

плав-'

ность

процесса

сгорания. Пр и

малой скорости нарастания давле ­

ния

двигатель

работает

мягко,

без

стуков,

от

этого увеличивается

его

моторесурс. М я г к а я

работа

обеспечивается при средней скоро­

сти

нарастания

давления

у

д в и г а т е л е й : малооборотных

2—

3 кгс/см2

на

Г

п.

к.

в.,

среднеоборотных

3—4

кгс/см2

на

1° п. к. в., высокооборотных б—8 кгс/см2 на

1° п. к. в.

При средней скорости нарастания давления, большей чем реко ­

мендовано,

двигатель

р а б о т а е т

с

повышенным давлением

сгора­

ния, «жестко», со стуками, что

приводит

к

повышенным

износам

цилиндро-поршневой труппы, сокращению надежности и

моторе­

сурса

двигателя . П о э т о м у ж е с т к а я

работа

двигателя

недопустима.

Третий

период

(III)

у—z—это

период незначительного .плав­

ного

изменения

давления в цилиндре. З а этот

период

заканчивает ­

ся подача топлива в цилиндр,

сгорает топливо, поданное за вто­

рой и частично поступившее за

третий период, с выделением 30—

65% тепла, выделяющегося за весь процесс сгорания.

Процесс сгорания происходит в

основном при нисходящем

дви­

тельнее третий период, тем совершеннее протекает весь

процесс

сгорания в цилиндре.

Четвертый период

(IV) — п е р и о д догорания . Он начинается - от

момента 'достижения

отходящими

газами максимальной

темпера­

турил в цилиндре и

продолжается

до окончания процесса сгора­

сгореть за второй и третий периоды.

Д о г о р а н и е

происходит

по ли­

нии

расширения . Определить

конец

этого периода по индикатор­

ной

д и а г р а м м е невозможно,

он определяется с

помощью

кривой

З н а ч и т е л ь н ое догорание топлива на линии

расширения приво­

дит к

существенной

потере тепла,

увеличению

температуры

отхо­

д я щ и х

газов и

перегреву двигателя, увеличению л а г а р о о б р а з о в а -

ния и

износов

цилагндро-поршневой

группы,

дымному

выхлопу.

Значительное догорание на линии расширения

вызывается

поздней

подачей топлива в

цилиндр, увеличением продолжительности

по­

поршневые кольца

и клапаны, впрыском топлива с высокой

вязко ­

стью,

увеличением

количества

подавае­

мого топлива при износе сопловых отвер­

стий распылителя форсунки,

ухудшающем

качество распыла, и т. д. Чем короче 'чет­

вертый период, тем выше экономичность

двигателя .

Закон

подачи

топлива. Д л я

экономич­

Рис

Зак

i

п

а и

т п

ной

и

мягкой

работы двигателя

топливо

п

в

Ц

И

Л И

Н

Д Р Ы

необходимо

подавать

в

стро-

;шва

по углу"поворота ™о-

г

0

определенные

моменты времени,

с оп-

ленчатого

вала

ределенной

продолжительностью

и

в

определённом количестве. Эти требования

о т р а ж а е т

«закон подачи

топлива»

(рис. 11),

графически

показы­

вающий количество

'поступившего

в цилиндр

топлива: по

времени

qn

=f(xi),

или

в зависимости

от

угла

поворота коленчатого

в а л а

4n =

f (фп.к.в )•

З а к о н подачи топлива определяется опытным путем на стенде

(окончательно — в

результате

доводки

двигателя)

и

задается

со­

вокупностью

геометрических

элементов

топливной

аппаратуры

и

кинематикой

п л у н ж е р а .

На

закон

подачи влияют

следующие

факторы:

конструкция

топливной

аппаратуры (насоса,

форсунки,

длина

и

диаметр

наг ­

нетательного

т р у б о п р о в о д а ) ;

ее

техническое

состояние;

профиль

топливной

кулачной

ш а й б ы

и

ее

состояние;

р е ж и м ы

работы

дви­

гателя

(нагрузка, обороты);

вязкость

топлива.

С уменьшением

плотности

плунжерной

пары топливного

насо ­

са количество подаваемого топлива по времени или

углу

п. к. в.

будет

уменьшаться,

уменьшается

и

продолжительность

впрыски­

ла

оборотов двигателя

приводят к

увеличению

продолжительно ­

сти впрыскивания и уменьшению количества подаваемого

топлива

на

1° п. к. в. Чем круче

профиль

топливной

кулачной

ш а й б ы

(рис.

12,

кривая / ) , тем

больше топлива

подается

на

1° п. к. в.,

следовательно, и максимальное давление сгорания рг

и

средняя

скорость нарастания давления Др/Дф 'будут больше

( к р и в а я . / ' ) .

Это приводит к сокращению периода догорания

и расхода топлива.

При

пологой топливной

кулачной ш а й б е

(кривая 2)

величины р г

и Др/Дф

уменьшаются (кривая 2'),

соответственно

период

дого­

рания

и

расход топлива

увеличиваются .

(В н а ш е м

примере усло­

ство остаточных

газов и

т. д. Н а и б о л ь ш е е

влияние

на т,-

оказы ­

вает химический состав топлива. Чем больше в топливе

содержит ­

ся

парафиновых

углеводородов

( а л к а н о в ) ,

тем

меньше

значение

т i\

наоборот,

увеличение

с о д е р ж а н и я ароматиков

приводит

к уд­

линению т,- и ухудшению

процесса сгорания. Чем

лучше

продувка

и наполнение

цилиндра

свежим

воздухом,

тем

больше

кислорода

и меньше углекислого газа, тем меньше период

з а д е р ж к и

само­

воспламенения

т,- и лучше процесс сгорания;

присадки

к

топливу

с о к р а щ а ю т т,-.

Физические

факторы:

давление и температура

воздуха

,на

впус­

ке и в конце процесса сжатия . Чем выше температура и

давление

впускного воздуха, тем выше температура

и

давление

в

конце

сжатия, тем быстрее процесс подготовки топлива'

к

самовоспла­

менению, тем раньше начинается процесс

сгорания,

следователь­

но, меньше период т ; и Др/Дф.

Конструктивные

факторы: конструкция

камеры

сгорания,

тип

стояние топливной

аппаратуры, частота

в р а щ е н и я двигателя, сте­

пень сжатия е, угол опережения впрыска

топлива и т. д.

От типа продувки и фаз газораспределения зависит

очистка

камеры сгорания

от продуктов сгорания, и наполнение

цилиндра

температуры

воздуха

в

конце процесса с ж а т и я , что

улучшает

под­

готовку топлива к самовоспламенению и сокращает

т г .

Качество

распыла

и

смесеобразования зависит

от формы

ка­

образование,

тем

меньше

т ; .

§

4.-Влияние

влажности воздуха

на

работу

дизелей

Учет

влияния

влажности воздуха на. работу

двигателей яв­

ляется

необходимым условием

д л я правильной

их

эксплуатации .

В о к р у ж а ю щ е м

воздухе

всегда

содержатся

водяные

пары, посту­

водоемов, почвы и растительности.

В л а ж н о с т ь

воздуха зависит от температуры и давления

атмо­

сферного

воздуха, а

т а к ж е

температуры

водоемов, с которыми

соприкасается

воздух.

в 1 кг

Количество

водяного пара

в граммах,

содержащегося

воздуха,

называется

удельной

влажностью

(влагосодержанием)

и

обозначается

буквой

d.

26

-

-

его влажности или сухости: необходимо еще учитывать

темпера­

туру воздуха.

'Поэтому введено понятие относительной

влажности

воздуха,

честву пара, которое содержалось бы в

1 м3

воздуха при той ж е

температуре, если

бы пар был насыщенным .

С достаточной

точно­

стью дл я практики

можно

отношение весов

заменить

отношения­

ми парциальных давлений

(в мм рт. ст.). Относительная

в л а ж ­

ность обычно в ы р а ж а е т с я

в процентах

и обозначается

буквой ср.

Относительная в л а ж н о с т ь

воздуха при

эксплуатации

двигателя

может изменяться

от 30 до 100%. Н о р м а л ь н о й считается с р = 5 0 % ,

работу

двигателей

( т а б л . 9 ) .

Т а б л и ц а 9

^

1

Зависимость

содержания

влаги

LHOH\

1.0

1

j

в воздухе d

(г/кг)

от

-t'0'4

его температуры (°С)

096

относительной влажности

ср (%)

при

нормальном

атмосферном

давлении

р 0 = 7 6 0

мм рт. ст.

0,92

16

5,286

. 7,963

10,662

0.8

I

25

9,891

14,956

20,102

15

20

25

JO

35

iO

15 U,X

.35

17,780

27,055

36,604

Рис. 14.

Зависимость

мощности

судо­

вого двигателя от температуры и влаж­

45

30,924

47,566

65,078

ности

окружающего воздуха

При

поступлении в

цилиндры

двигателей

влажного

воздуха,

в котором содержится

меньше

кислорода,

происходит

уменьше­

ние коэффициента избытка воздуха

а. От этого

при постоянной по­

даче топлива

(при постоянном

положении

топливной

рукоятки)

этом

случае, чтобы теплонапряженность двигателя не превысила

допустимых норм, необходимо уменьшить подачу

топлива.

Д л я учета совместного влияния

температуры о к р у ж а ю щ е г о

воз­

духа

и его относительной

влажности на мощность

и крутящий мо­

мент двигателя строят

графики

(рис. 14 и 15).

Например,

из

рис. 14 видно, что при

ф —75%

м <о=40°С

снижение мощности

от

влажности

(относительно

ф =

50%)

с о с т а в л я е т - 0 , 8 9 5 — 0 , 8 7 5

=

ч =0,020, т. е.

2,0%.

Влияние

влажности

учитывается

и для

предотвращения

выпа­

дения" влаги

в продувочном

воздухе.

П р а к т и к а эксплуатации

дви­

казывает, что при определенных условиях возможно

выпадение

влаги нз продувочного

воздуха,

которая потоком воздуха

уносится

в цилиндры двигателя,

особенно

в цилиндры, расположенные про­

C ^

^

^

S

^ ^

^

Г ^

^

г

— "

VX

25

Л7

J5

.

40

Рис. 15.

Зависимость

уменьшения крутящего

момента

(двигатель

8ДР43/61)

от температуры и влажности окружающего

воздуха

П о п а д а н и е

воды

в

цилиндры

приводит

к повышенному

износу

и коррозии цилиндро-поршневой лруппы, особенно при

повышен­

ном - содержании серы в топливе. Поэтому конденсация

водяного

пара в ресивере

по

условиям эксплуатации не

допускается. Д л я

предотвращения попадания влаги в цилиндры двигателя

необхо­

димо поддерживать

температуру

воздуха

в продувочном

ресивере

на несколько градусов выше той, при которой происходит

выпаде ­

ние влаги

из "воздуха,

т. е. выше

точки росы водяного пара .

Значение этой температуры определяется по табл. 'ДО (фирмы «Фиат»), по­

строенной для различных давлений продувочного

воз-духа.

Слева

в

табл. 10

расположены значения

относительной

влажности

воздуха • в

МО (на

уровне

воды. Например,

для

рПр =0,6

кгс/см2,

относительной влажности воздуха 80%

и температуры в

машинном отделении

30°С температура продувочного воздуха

в ресивере не должна

быть ниже

34°С.

Т а б л и ц а 10

Минимально

допустимая

температура

(°С)

воздуха

в

продувочном

коллекторе

в

зависимости от

относительной

влажности

(г/кг)

и температуры

(°С)

воздуха

перед

турбовоздуходувками

1

I

РпР

=

0,2'

Рпр — о,з

Рпр

= 0,4

15°

20°

25°

30°

35°

40'

45°

15°

20'

' 25°

Зо°

35°

40°

45°

15°

20°

25°

30°

35°

40°

45°

30

6

5

9

13

IS

22

27

1

6

10

16

Ш

24

28

2

7

11.

16

20

25

29

40

4

9

13

18

23

27

32

5

10

16

19

24

28

33

6

14

16

20

25

30

34

50

7

12

17

22

26

31

36

9

13

1в

23

28

32

Э7

10

14

19

24

29

34

38

60

Ю

16

20

25

29

34

39

11

16

21,

26

31

36

40

12

17

22

27

за

37

42

70

112

17

22

27

32

37

42

14

19

24

28

33

38

.43

16

20

25

30

35

40

46

80

14

Ю

24

29

34

39

44

16

21

26

31

36

41

46

17

22

27

32

37.

42

47,

90

16

21

26

31

37

42

47

18

23

28

33

38

43

48

Ш

24

39

34

38

44

50

100

18

23

28

33

39

44'

49-

18

• 24

3Q

35

40

45

50

20

26

31

36

411

47

52

Рп\)

=

0,5

Рпр

= 0,6

Рпр

= 0,7

15°

20'

25°

30°

35°

•10°

•15°

15°

20°

25°

30°

35°

10"

45°

15°

20°

25°

30'

35°

40J

45°

30

3

8

12

17

21

26

30

4

9

13

18

22

27

31|

5

10

.14

10

23

28

33

40

7

12

17

2ili

26

за

35

8

13

18

23

27

32

37

9

14

Ш

23

28

33

38

50;

111

16

20

26

30

35

40

12

17

21

26

31'

36

41

13

17

22

27.

32

37

42

60

18

1в

23

28

33

38

43.

14

10

24

20

34

39

44

15

20

25

30

36

40

45

70

16

21

26

3il

36

41

46

17

22

27

32

37

42

47

18

23

28

33

38

43

48

80

16

23

28

33

38

44

49

19

24,

34

40

45

45

50

20

25

30

35

41.

46

51

90

20

26

30

35

41,

46

51.

21

26

31

37

42

47

52

22

27

за

38

43

48

54

100

22

27

32

43

43

48

53

23

28

33

38

44

49

54

24

29

34

40

45

50

50