книги из ГПНТБ / Эпельман Т.Е. Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование учеб. пособие

ТС

Постоянная Сг = - j - D2Szi может быть вычислена по известным значениям D, S, г и г. Если бы значения среднего индикаторного давления р( . и механического к. п. д. дизеля r j m при фиксированном положении рейки топливного насоса не зависели от скоростного режима, т. е. от частоты рабочих циклов, то индикаторная и эффек­ тивная мощности дизеля были бы линейными функциями частоты вращения и изображались бы прямыми линиями, проходящими через начало координат. В действительности р,- приказываются функциями частоты вращения:

Приведенные на рис. 127 графики иллюстрируют характер зави­

с увеличением частоты вращения п индикаторная и эффективная мощности дизеля (рис. 128) будут увеличиваться до тех пор, пока увеличиваются значения произведений р{п и реп. Поэтому при

мощность тратится на преодоление механических потерь в дизеле.

Стендовая винтовая характеристика. Эффективная мощность судового дизеля, работающего на гребной винт водоизмещающих

где С — коэффициент пропорциональности.

190

При испытаниях главных судовых дизелей на стендах заводов-

ские тормозы. Характеристика такого тормоза, представляющая зависимость тормозного момента от частоты вращения вала тормоза, показана на рис. 129. На участках OA и ОД изменение момента торможения подчиняется закону квадратичной параболы. Линия OA

1e, NiJr

i mm

соответствует полному заполнению тормоза водой, а линия ОД — полному опорожнению его; участок АВ соответствует максимальному тормозному моменту. Тормозная мощность на участке АВ изме­ няется пропорционально частоте вращения.

Изменение важнейших параметров дизеля при его работе по винтовой характеристике можно определить следующим образом.

Известно, что индикаторная мощность дизеля

Если принять зависимость эффективной мощности двигателя, работающего по винтовой характеристике, от частоты вращения по выражению (91) и обозначить относительную мощность двигателя

191

Мощность механических потерь Nf при любой частоте вращения п можно выразить через мощность механических потерь Nf„ при но­ минальной частоте вращения п„ следующим образом:

частоте вращения п и его относительная величина будут выражены

найдем зависимость абсолютного и относительного значений инди­

192

а из выражения (96) — отношение относительной эффективной мощ­ ности к относительной частоте вращения

"/V,

ставляют изменение важнейших параметров работы дизеля по вин­ товой характеристике. В качестве примера приведены указанные зависимости п р и т ] т н = 0,8 и (5 = 1 , 5 (рис. 130).

Найденные выражения позволяют составить расчетные формулы для определения Ne, Nt, ре, р,-, М, r\m, а и др. в зависимости от значения от­ носительной частоты вращения ди­ зеля на режиме винтовой характе­ ристики.

Эффективная мощность в соот­ ветствии с (95),

Цикловая подача топлива на режиме винтовой характеристики может быть определена из следующих соображений. Известно, что

Обработка результатов испытаний судовых дизелей показывает, что удельный индикаторный расход топлива bt зависит от коэффи- • циента избытка воздуха а и способа регулирования подачи топлива.

Индикаторный к. п. д. двигателя можно определить, используя соотношение

откуда

Механический к. п. д. двигателя определяется по выражению (98).

так как он пропорционален коэффициенту наполнения цн и обратно пропорционален цикловой подаче топлива Вц.

В соответствии с (105)

При определении а для дизелей без наддува можно принять

Лн = Пин-

194

§ зз

Нагрузочные характеристики

На рис. 131 показан характер изменений наибо­ лее важных параметров дизеля в зависимости от среднего эффек­ тивного давления по нагрузочной характеристике.

Так как мощность дизеля при постоянной частоте вращения

Ne = Сре,

где постоянная С — — D2Snzi, а мощность механических потерь Nf

в первом приближении для дизелей без наддува и с небольшой сте­ пенью наддува может быть принята постоянной независимо от его

Рис. 131. Характер изменения некоторых параметров дизеля по нагру­ зочной характеристике.

нагрузки, то линии Ne и (см. рис. 131, а) располагаются парал­ лельно. Изменение механического к. п. д. определяется зависимостью

частоте вращения почти на зависит от нагрузки, и его изменением можно пренебречь. Поэтому коэффициент избытка воздуха а для дизелей без наддува будет изменяться обратно пропорционально величине цикловой подачи топлива (осВц = const).

Уменьшение удельного индикаторного расхода топлива при снижении нагрузки объясняется увеличением коэффициента избытка

Изменение удельного эффективного расхода топлива определя­ ется соотношением btly\m, а закономерность изменения индикатор­ ного и эффективного к. п. д. и,- и Х[е— их взаимосвязью с b L и Ье:

_ 3600 _ 3600

Следует отметить, что у дизелей с наддувом характер изменения некоторых параметров может быть несколько иным, чем это иллю­ стрирует рис. 131. В частности, характер изменения N[, Nt и г|н за­ висит от степени и системы наддува дизеля.

Если нагрузочные характеристики сняты при различных, но в каждом случае постоянных частотах вращения, то на их основе оказывается возможным построить различные скоростные характе­ ристики, а также определить характеристику наивыгоднейших режимов работы дизеля (рис. 132). Рассматривая зависимости эффек­

Рис. 132. К определению экономичного режима работы дизеля по нагру­ зочной характеристике.

удельного расхода перемещается в сторону меньших нагрузок. Составляя график зависимости Ne = f (п) при Ьет]п для каждой частоты вращения п (см. рис. 132, б), получаем наиболее экономи­ ческую скоростную характеристику дизеля и определяем самый эко­ номичный режим работы дизеля. В данном случае этот режим соот­ ветствует мощности N'e и частоте вращения п .

§ 34 Регуляторные характеристики

В зависимости от назначения дизеля на нем уста­ навливают регуляторы различного типа (предельные, одно-, двух- и всережимные). На главных судовых дизелях обычно имеются пре­ дельные и всережимные регуляторы. Первые служат для ограниче­ ния частоты вращения дизеля, если она превысит максимально до­ пустимую, вторые позволяют устанавливать и поддерживать любой скоростной режим работы двигателя.

В процессе изменения нагрузки дизеля при определенном поло­ жении органа управления регулятором частота вращения может изменяться более или менее заметно в зависимости от характеристики

196

8

Рис. 134. Зависимость степени неравно­ мерности от частоты вращения дизеля.

Рис. 135. Характеристики дизеля: а — с однорежимным регулятором; б — со всережимным регулятором.

1—3 — внешняя и частичные характеристики; 4— 7 — регуляторные харак­ теристики.

регулятора. Изменение частоты вращения дизеля при изменении нагрузки от нуля до полной оценивается степенью неравномерности, определяемой по формуле

где л и — номинальная частота вращения дизеля.

При уменьшении заданной частоты вращения дизеля, снабжен­ ного всережимным регулятором, наклон характеристики увеличи­ вается (см. рис. 133, а), а следовательно, увеличивается степень неравномерности (рис. 134). Возможность изменения наклона регуляторных характеристик важна для синхронизации работы несколь­ ких дизелей-генераторов судовой электростанции.

Вид регуляторной характеристики характеризует устойчивость регулирования. В большинстве случаев криволинейный характер регуляторной характеристики нежелателен, особенно в области ма­ лых нагрузок и холостого хода (рис. 133, б).

На рис. 135 приведены внешние, частичные и регуляторные ха­

емых в эксплуатации, являются параметры работы дизеля, влия­ ющие на механическую и тепловую напряженность его важнейших

в стенках деталей, соприкасающихся с горячими газами и охлаждаю­ щей средой, ит. п. На тепловую напряженность деталей дизеля влияют условия сжигания впрыскиваемого топлива, коэффициент избытка воздуха, степень его охлаждения, форма камеры сгорания, величина

198

цикловой подачи топлива, геометрические размеры цилиндра и дру* гие факторы.

На рис. 126 приведены зависимости эффективных мощностей Nei которые дизель может развивать на режимах внешних и частичных характеристик. Однако при длительной работе дизеля в эксплуата­ ции не все из них допустимы. Из рис. 127 видно, что величина сред­ него эффективного давления ре, а следовательно, и величина крутя­ щего момента на валу Двигателя М растут с уменьшением частоты вращения дизеля. Так как расчет коленчатого вала на прочность

достаточным условием надежной работы дизеля при длительной

поршневой группы. Таким образом, для дизелей без наддува огра­ ничительная характеристика по моменту обеспечивает надежную работу коленчатого вала и деталей цилиндропоршневой группы в условиях длительной эксплуатации в широком диапазоне частот вращения и нагрузок дизеля.

Этот вывод нельзя распространить на дизели с наддувом. Из рис. 127, б следует, что при уменьшении частоты вращения коли­ чество воздуха, поступающего в цилиндр, и коэффициент избытка воздуха уменьшаются. При этом средняя температура в цикле и тепловая нагрузка дизеля даже на режимах ограничительной ха­ рактеристики М = const могут превысить допускаемые. Поэтому

199