книги из ГПНТБ / Ченцов В.Н. Тепломеханическое оборудование автономных источников электроснабжения конспект лекций

а=!к

= -J°l

40qePenkQH

к к а л / и ^ ч а с .

(71)

Я

Г

6060-75-75 B+2SB+2S * Г

В различных дизелях

величина

тепловой

напряженности

колеб­

лется в

пределах

2 = 150 - I0 3

* 300« ГО3

к к а л / м ^ ч а с .

2 = о І г ( Г г - Т,)=

±-

[ТГТг)

= аІе

(тг-

Ть),

где

оі - коэффициент

тѳпловосприятия

стенки втулки от

газов,

ккал/м^ г р а д . ч а с ;

. Ы.ь - коэффициент теплоотдачи стенки охлаждающей

воде,

няал/м2

град«час;

Г г

~

7 1 =

"ОТ9

( 7 2 )

. 7\

-

Г. =

Я

г

'б

оі6

т - - * ( і * к ) +

(73)

т.

231

Коэффициент

теплопередачи от стенки к воде возрастает

втулки. Значение коэффициента колеблется

в

пределах

ІООО -

2000 к к а л / ш 2 . ч а с . г р а д .

Ориентировочное значение коэффициента огложет быть полу­

чено

по

эмпирической

формуле Н.Р.Брялинга

в

зависимости

от

давления

р

и температуры

Г

в цилиндре

и

средней

скорости ст

поршня:

Ыг -

0,99 ѴргТ '

(2,45

+ 0,185 Cm ) к к а л / м 2 . час «град.

По опытным

данным

часть тепла % 0 , отдаваемая воде, в

р а з ­

личных

типах

дизелей

составляет:

-

в

тихоходных

дизелях

с

нѳохлаждаѳмыми

поршнями

Za=

= 0,25

*

0,30;

-

в

дизелях средней

быстроходности с

неохлахдаеными

порш­

нями

и

циркуляционной

системой

охлаждения

Т 0 =

0,15

* 0,20;

-

в быстроходных

дизелях с неохлаждаемыми поршнями и цир­

куляционной

закрытой

системой

охлаждения

Т 0

=

0,1

*

0,15.

На основании

формул

(72)

и

(73)

в

условиях

э к с ­

плуатации может быть обосно­

ванно

выбрана

температура

воды

7"6 ,

гарантирующая

т а ­

кую величину

температуры

стенок

Т,,

при

которой

не

нарушаются

нормальные

усло­

вия смазки

цилиндра.

На

основании

второй формулы

системы

уравнений

(72)

мо­

гут быть оценены темпера­

турные

напряжения

в цилин­

дровой

втулке.

Средняя

величина

удель­

ного

теплового

потока

tji и

средние

величины температур­

ных вапрнженностей

гильзы,

поршня

и

головки цилиндров

не дают представления о тем­

пературе

различных

частей

указанных

элементов.

Экспе-

лее нагретого места

нѳохлаждаемого

поршня (верхней центральной

части головки

поршня) может

превосходить

температуру Тлм

наиме­

нее нагреюго

места

поршня

(нижняя

часть

юбки поршня)

на в е ­

личину

жет достигать

величины

Д Г =

260°С.

Характер

температурных

полей в гильзе

и нѳохлаждаемом

поршне

дизеля

представлен

на

р и с . 8 2 .

Комплексные показатели напряженности работы дизелей

Раздельные оценки механической и тепловой

напряженности

не дают представления о комплексном воздействии этих

факторов

на прочность и долговечность дизелей. Поэтому

в практике

э к с ­

плуатации широко применяются комплексные показатели

напряжен­

ности работы дизелей.

В качестве комплексного

показателя

на­

M

Ш

'хре сткГс/смгсек

20

ëi?

lis

233

формулу (42)J,

связанные мевду собой (средняя скорость поршня

Ст

связана с

оборотами

п коленчатого

в а л а ) .

Опыт эксплуатации показал, что от показателя форсировки

дизеля существенно зависит надежность и долговечность его

р а ­

боты. На рис.83

представлена зависимость срока службы двух

т и ­

пов

дизелей от

показателя

форсировки. Для

каждого данного

типа

жет

быть оценен

выражением

Коэффициент

А

должен

быть

определен

на

основании

обработ­

ки

статистических

данных

о

долговечности данного типа дизелей.

Оценка

напряженности

работы дизеля

ДГУ. Способы

К О Н Т Р О Л Я

и

ограничения

нагрузки

На

основании анализа формул (70) и (71) можно сделать вы­

вод, что механическая и тепловая напряженность дизеля

возра ­

стает

с увеличением:

-

часового

расхода

топлива

G 4 ,

т . е .

нагрузки;

-

размеров

цилиндра

В

и

S

;

-

части тепла

Т 0 ,

передаваемой

в

воду;

-

увеличением

удельного

расхода

cje,

т . е . с ухудшением

экономичности

дизеля;

-

среднего

эффективного

давления

ре ;

-

коэффициента

тактности

к

;

-

скорости

вращения

коленчатого

вала

п

;

-

калорийности

топлива

ф н .

В условиях

эксплуатации

данного типа дизеля ДГУ параметры

В • S

» к » QH

и

п

являются

постоянными, а параметры Сч ,

Q4n

ре

изменяются в зависимости от изменения нагрузки на ди ­

з е л ь .

Изменение

параметров

Сч , де

и

Л? е ,

пропорциональногоре ,

представлено

на

нагрузочных

характеристиках дизеля(см.рис.17).

В условиях

эксплуатации

должны

использоваться удобные и 1

надежные методы контроля и ограничения

нагрузки на

дизель

ДГУ,

определяющей его механическую и тепловую напряженность. В

ди ­

зель-генераторной установке вследствие

постоянства

скоростного

режима в прямой зависимости находятся

электрическая

мощность,

234

развиваемая генератором,-и

крутящий момент

на

коленчатом

в а ­

лу

Л7е . Крутящий

момент,

в свою очередь, определяется величи­

ной

среднего эффективного

давления ре , регулируемого за счет

изменения

дозы впрыскиваемого

топлива.

В силу указанных зависимостей нагрузка на дизель ДГУ может

быть

определена по

следующим

параметрам:

-

по

электрической мощности генератора

ДГУ;

-

по

крутящему

моменту

на

коленчатом

валу

дизеля;

-

по

среднему

индикаторному давлению

pL

;

-

по

величине

подачи топлива.

С указанными параметрами

косвенно, но определенной зависи­

мостью связана температура

выхлопных г а з о в .

Рассмотрим указанные возможные способы контроля и ограни­

чения нагрузки на дизели ДГУ.

Электрическая

мощность

генератора. Мощность дизеля,

соеди­

ниям

вольтметра

и

амперметра

генератора по

формуле

' °

3 ~ ' ^ Ф —

cos

(|>

к о т =

1,36'

10 3 3^фсощ

л . с ,

где

3 -

фазное

значение силы

тока

генератора,

а;

i / ç - фазное

напряжение

на

зажимах генератора, в ;

<f -

фазовый

угол;

- к . п . д . генератора на данной нагруэке.

Генераторы войсковых ДГУ оснащаются автоматическими

регу ­

ляторами с большой точностью, поддерживающими напряжение

неизменным независимо от нагрузки. В зоне

предельных нагрузок

коэффициент

т^г

можно

считать

постоянным.

Таким

образом,

вели­

деляется

величиной

тока 3

статора генератора или величиной

мощности

Ne , контролируемой по ваттметру

генератора.

При

визуальном

контроле

нагрузки часть

потребителей может

235

муфтой, включенной между дизелем

и генератором. В качестве

и з ­

мерительного элемента может быть

использован торсионный вал

I

с наклеенными тѳнзодатчиками 4

( р и с . 8 4 а ) . Сигнал с тензодатчи-

Рис.84

на рис . 846 . На базе

I

торсионного

вала 9

эаиреплен

диск 5 и

диск 6 с втулкой 8.

На дисках 5 и 6

в

радиальном направлении

прорезаны уэкие щели

т

и

п .

При скручивании

вала

на

угол tp

на

базе

L щели

совпадают

236

надежности в дизелях ДГУ муфты-измерители

крутящего

момента

широкого распространения

не получили.

Контроль давления р - ,

определяющего усилия

в

деталях

ди­

з е л я , осуществляется специальными измерительными

приборами

пиметрами,

присоединяемыми

к

камере

сгорания

дизеля

с помо­

щью индикаторных

кранов.

Прин­

ципиальная схема

пиметра

пред­

ставлена

на

р и с . 8 5 . Полость

ци­

линдра I через индикаторный кран

соединяется

с

камерой

сгорания

дизеля . Импульсы

давления

в о з ­

действуют

на

поршень

2,

стремя­

щийся

через

рейку

3

и

шестер­

ню 5 повернуть массивный диск 4.

Повороту

диска

противодействует

пружина 6.

Фильтрация

высоко­

частотных

импульсов

массивным

дискои

4

обуславливает

поворот

диска,

пропорциональный

величи­

не среднего

индикаторного

дав ­

ления

рі

. Величина

давления о т ­

Рис.85

считывав гея

по

шкале

7,

Для

а в ­

томатической

защиты

дизеля

от

Ne

=

63?

237

Контроль нагрузки дизеля по расходу топлива состоит в изме­

рении

времени

Д1Т

,

в течение которого дизель израсходует

на­

веску

топлива

A G

из

топливомерного бачка.

Недостатками

т а ­

кого

метода

контроля

нагрузки на дизель являются громоздкость,

зависимость

точности

контроля от внешних условий работы дизеля

и косвенный

характер

контроля. Автоматическое

ограничение

на ­

Температура

выхлопных

г а з о в .

Опыт

эксплуатации

дизелей

по ­

казал,

что

в

зоне

средних

и максимальных нагрузок

температура

выхлопных

гаэов

возраста ­

ет пропорционально

на ­

грузке .

На

рис.86

пред­

Тв,с

ставлена

эксперименталь­

ная

зависимость

темпера­

ш-

туры газов

ТВг

в выхлоп­

ном

коллекторе

от

эффек­

тивного

крутящего

момен­

та

Л7е

в

дизеле

37Д.

Из

wo-

зависимости следует, что

нагрузка на дизель пропор­

циональна

температуре

вы­

wo

хлопных

газов .

Недостатком

такого

метода

контроля

на­

0

20

40 60

80 100

е/о

грузки

является

то

о б ­

стоятельство,

что

указан­

Рис.86

ная

зависимость

темпера­

туры газов

от

нагрузки

стабильна

и

показательна

только в

слу ­

лиамперметра на отдельные термопары осуществляется

контроль

хода рабочих процессов в отдельных цилиндрах.

Влияние внешних условий на работу дизеля

Влияние

температуры

окружающего воздуха

на работу дизеля.

В условиях

эксплуатации

войсковых ДГУ часто

забор

воздуха ди-

вающем тракте

и противодавление в выхлопном тракте также

с у ­

щественно зависит от

эксплуатации дизеля (от своевременной и

качественной

очистки

этих устройств.

В интересах грамотной

э к с ­

плуатации ДГУ инженер-эксплуатационник должен знать влияние

указанных внешних условий на работу

дизеля.

окружающего воздуха, разрежения во всасывающем тракте и проти­

водавления в выхлопном тракте на работу

дизеля

достаточно

слож­

но. Поэтому рассматривается раздельное

влияние

одного из

ука ­

занных

факторов

в предположении постоянства остальных.

Из

уравнения

состояния

воздуха

следует, что удельный вес

(плотность) воздуха

Следовательно,

при

повышении температуры

окружающего в о з ­

духа Т0 в обратной

пропорции

уменьшается плотность воздуха

и

весовой заряд цилиндра.

Этим

обстоятельством

в

основном

и

определяется неблагоприятное

влияние повышения

температуры

Г0

на работу дизеля . Кроме

того,

при увеличении

температуры

Т0

пературы Та

сохраняется прежнее значение коэффициента избытка

воздуха ( т . е .

доза впрыскиваемого топлива Л Gm

уменьшается),

то уменьшение

среднего индикаторного давления

pL и мощности •

него индикаторного давления р-

в дизеле без наддува ЗДб от тем­

пературы

7^ . на рис.876 представлены зависимости

индикаторной

мощности

Ni ,

эффективной

мощности Ne и температуры

газов на входе в турбину Тт

от температуры 7"0 внешнего

воздуха в дизелях 9ДІ00 со

свободным

газотурбинным

над­

m

кГ:/см

дувом для случая

Aùm

=

= c o n s t

при постоянном

ско ­

ростном

режиме.

Уменьшение

температуры

наружного

воздуха

Т0

благо ­

приятно отражается на рабо­

те дизеля.

Увеличивается

плотность

поступающего

в

дизель воздуха.

Уменьшаются

температуры

Та,

Тс

и тем-

4000

пературы

выхлопных

г а з о в . .

3800—

Вследствие

улучшения

хода

3600

термодинамических процессов

з а д

450

подача топлива

несколько

уменьшается

регулятором

ди­

3200

m-

400

зеля и улучшается его эко ­

3000

350

номичность. При сохранении

2800

300

неизменным

коэффициента и з ­

-40

-20

О

+20

бытка воздуха

Ы возрастает,

б)

мощность,

увеличивается ин­

дикаторный к . к . д . , и улуч­

шается экономичность

дизе ­

Рис.87

л я . Отрицательными

послед­

некоторое повышение давления

Ръ

и механической

напряженности

дизеля, ухудшение условий пуска

и прогрева дизеля, что приво­

дит к его повышенному

износу.

Влияние

разрежения

во всасывающем

тракте и

противодавления

в выхлопном

тракте на работу

дизеля.

Загрязнение воздухоочис­